Billede baseret landmåling er en stadig mere praktiske, ikke-invasiv metode til at prøve det marine miljø. Vi præsenterer protokollen af en dråbe kamera undersøgelse, der anslår, at overflod og distribution af Atlantic havet kammusling (Placopecten magellanicus). Vi diskuterer, hvordan denne protokol kan generaliseres til anvendelse til andre hvirvelløse macroinvertebrates.
Undervands imaging har længe været brugt inden for marin økologi, men faldende omkostninger af højopløselige kameraer og datalagring har gjort tilgangen mere praktisk end tidligere. Billed-baserede undersøgelser giver mulighed for indledende prøver, der skal revideres og er non-invasiv sammenlignet med traditionelle undersøgelse metoder, der typisk involverer net eller skrabere. Protokoller for image-baserede undersøgelser kan variere meget, men bør være drevet af target arter adfærd og undersøgelse mål. For at demonstrere dette, beskriver vi vores seneste metoder for en Atlantic havet kammusling (Placopecten magellanicus) slip kamera undersøgelse til at give en proceduremæssig eksempel og repræsentative resultater. Proceduren er opdelt i tre kritiske trin, der omfatter undersøgelse design, dataindsamling og data produkter. Indflydelse af kammusling adfærd og undersøgelse mål giver en uafhængig vurdering af amerikanske havet kammusling ressource om proceduren for undersøgelse er derefter drøftet i forbindelse med generalisere metoden. Samlet set bred anvendelighed og fleksibilitet af University of Massachusetts Dartmouth skole for havforskning og -teknologi (SMAST) slip kamera undersøgelse viser metoden kunne generaliseres og anvendes til en lang række siddende vanddyr eller Habitat fokuseret forskning.
Atlantic havet kammusling (Placopecten magellanicus) er en marine toskallede bløddyr fordelt over hele det nordvestlige Atlanterhavet fra Gulf of St. Lawrence, Canada til Cape Hatteras, North Carolina1kontinentalsokkel. Havet kammusling fiskerivarer i USA har oplevet hidtil usete stigninger i landinger og værdi i de sidste femten år og er blevet en af landets højeste værdsat fiskeri med landinger værd cirka $440 millioner i 20152. Trods denne stigning, er kammusling fiskeriindsatsen blevet væsentligt reduceret i de sidste 20 år gennem gennemførelsen af et område rotationssystem, der sigter mod at beskytte områder med juvenil kammuslinger og fokusere fiskeri i områder med større kammuslinger i høj tætheder1. Denne forvaltning kræver rumligt-specifikke oplysninger om kammusling tæthed og størrelse, som er fastsat af adskillige undersøgelser herunder University of Massachusetts Dartmouth skole for havforskning og teknologi (SMAST) dråbe kamera undersøgelse.
Målet med SMAST slip kamera undersøgelse er at give fiskeri resource managers, havforskere og fiskerisamfund med en uafhængig vurdering af amerikanske havet kammusling ressource og dens tilknyttede habitat. Undersøgelsen blev udviklet sammen med kammusling fiskere og gælder quadrat stikprøveteknikker baseret på dykning undersøgelser3,4. Indledende undersøgelser i begyndelsen af 2000 ‘ erne fokuserede på estimering af tætheden af sea kammuslinger i lukkede dele af et produktivt område af fiskeriet kendt som Georges Bank5, men undersøgelsen udvides til at dække størstedelen af kammusling ressource i amerikanske og canadiske farvande (≈100, 000 km2)6,7. Oplysninger fra undersøgelsen har været indarbejdet i kammusling bestandsvurdering gennem materiel vurdering Workshop og pålideligt leveret til New England fiskeri Management Rådet til at støtte i årlige kammusling høst tildeling8. Derudover har data fra SMAST slip kamera undersøgelse medvirket i talrige måder at forstå økologi af ikke-kammusling arter7,9,10,11,12 og karakterisering af bentiske habitater13,14,15. Denne brede anvendelighed viser metoden kunne generaliseres og anvendes til en lang række siddende vanddyr, potentielt bidrage til at afhjælpe problemet med udvidelsen af hvirvelløse fiskeri overgår den videnskabelige viden og politik nødvendige for at kunne administrere dem16. Yderligere, image-baserede prøveudtagning er non-invasiv i forhold til traditionelle befolkning prøveudtagningsmetoder og i stigende grad affordable grund til faldende omkostninger af højopløselige kameraer og data opbevaring17,18. Her præsenteres 2017 metoder SMAST slip kamera undersøgelsen anvendes kammusling management på den amerikanske del af Georges Bank for at eksemplificere proceduren. Vi diskutere rationalet bag denne procedure til at støtte i sin generalisering og anvendelse til andre siddende vanddyr.
Survey design protokoller er fleksible, men det er kritisk at overveje målarten opførsel og syn mål, når generalisere disse protokoller. Litteraturgennemgang og foreløbige eller indledende undersøgelser kan bruges til at indarbejde survey design mål arter adfærd. For eksempel, er mindre end en kammusling i 12,5 m2 (0,08 kammuslinger/m2) under bæredygtigt erhvervsfiskeri tæthed23. Ved prøveudtagning fire quadrats pr. station, er prøve Stationsområdet knyttet til påvisning af kammuslinger på kommercielle tæthed. Derudover anslår sea kammuslinger er normalt samlet i stedet for tilfældigt fordelt på havbunden, indflydelse på hvordan station afstand påvirker præcisionen massefylde,24. Flere undersøgelser ved hjælp af middelværdi og varians data fra indledende undersøgelser undersøgt præcision og fastslå, at 5,6 km var den maksimale afstand stationer skal placeres apart5,25,26. Systemisk prøveudtagning udformningen af undersøgelsen var påvirket af undersøgelse mål. Grænserne for zonerne SAMS ændre ofte og ofte efter undersøgelser har været udført21,27. Systemisk prøveudtagning undgår det alvorlige problem med post stratificering af grænser for rumlig skøn at virkninger tilfældigt stratificeret eller optimalt tildelte undersøgelse designs20. Ensartet tildeling af stationer også letter påvisning af nye kammusling rekruttering og kortlægning havbunden sedimenter og macroinvertebrate distributioner28. I et enkelt trin, hvor det ikke kan være muligt at overveje målarter opførsel og syn mål er identifikation af en undersøgelse fartøj, hvilket er grunden til protokollen begynder med dette trin. Et fartøj, der er afgørende for på sea prøveudtagning og dikterer efterfølgende trin i undersøgelsen design. For vores protokoller var det afgørende at inddrage den nuværende kommercielle fiskeindustri at fremme gennemsigtigheden i undersøgelsen metoder og tillid i undersøgelsesresultater. Ved hjælp af kommercielle fartøjer var en slagkraftige måde at omfatte industrien i vores metoder og størrelse og kapaciteter af de fartøjer, der er tilladt for en stor, tung kamera apparater og undersøgelse stationer skal udtages inden for den nødvendige tidslinje. Yderligere, rederne var ansvarlig for alle omkostninger i forbindelse med fartøjet brug og blev kompenseret gennem en fordeling af kammusling pounds udstedt af National Oceanic og Atmospheric Administration gennem den nordatlantiske kammusling udtagne forskningsprogram 29. selv om det er ikke nødvendigt at engagere industri i undersøgelser, størrelse, kapaciteter, og omkostninger af tilgængelige skibe skal overvejes før udvikle andre aspekter af undersøgelsen design.
Data indsamling og forarbejdning aspekter af protokollerne præsentere den største fordel, men også en begrænsning af denne metode. Brugen af brugerdefinerede software og databaser til at kvantificere data i billeder kommer på en betydelig omkostning. Men brugen af disse produkter af SMAST slip kamera undersøgelsen repræsenterer en udvikling af et program, der startede i 1999 og er ikke afgørende. For eksempel, da programmet startede, kammusling tæller var lavet med pen og papir og gratis software er nu tilgængelig til at måle i billeder. Ligeledes, den nuværende digitale still-kamera blev valgt som det var i stand til at afsløre alle størrelseskategorier af kammuslinger og tilladt for ca 200% forstørrelse uden tab af billedkvalitet (figur 3), men lavere opløsning, billigere kameraer brugt tidligere i undersøgelsen var købedygtig fuldt opdager kammuslinger handelsstørrelse30. Som med protokollerne survey design bør type kamera knyttes til den beslutning er nødvendig for at afsløre målarten og opnå undersøgelse mål. Tage billeder og optage video på hver station giver en betydelig fordel i forhold til traditionelle undersøgelse metoder ved at give løbende mulighed for at gense prøver og udvide analysen til taxa eller levesteder egenskaber ikke i første omgang sporet eller opregnet. For eksempel billeder med sand dollars og andre pighuder, oprindeligt kendt som præsentere eller fraværende i SMAST database var revisited for at kvantificere deres overflod og biomasse igennem tiden12. Derimod prøver fra mere traditionelle undersøgelse metoder såsom skrabere eller redskaber, der er kasseret på havet og kan ikke revideres. Men, de fremskridt, der giver mulighed for massive mængder af billeder til at blive taget og gemt kan resultere i millioner af billeder er indsamlet med kun en lille brøkdel bliver udnyttet. Dette er hovedsagelig på grund af tids- og restriktioner som mennesker er nødvendige for dataudtræk og resultere i store mængder af uudnyttede oplysninger31. Fremskridt i Automatiseret påvisning af dyr og habitat karakteristika kan medvirke til at løse denne gåde.
Billede baseret undersøgelse metoder kan tilvejebringe de nødvendige data til at overvåge macroinvertebrates og tilknyttede vækststeder, men supplere de protokoller er beskrevet her med andre metoder, at indsamler biologiske prøver er ideel. Uden en kammusling shell-højde kød vægt forhold, lavet fra skraber-baserede prøveudtagning, ville biomasse skøn ikke være muligt. Yderligere, kammusling shell-højde kød vægt forhold varierer med tid og placering på Georges Bank der indikerer at konsekvent opdatering ligningen bruges til at beskrive dette forhold er gavnlige32. Kombination af billede og fysiske prøve-baserede teknikker også aids i at udforske bias og antagelser af hver metode. Måling af shell højder af kammuslinger i drop kamerabilleder med calipre kvantificeret en måling bias forbundet med krumning af kameralinsen og afstand fra billedet center33. Omvendt, parrede sammenligninger mellem billeder og skraber tows har hjulpet definere hvad andel af kammuslinger på havbunden er faktisk indsamles, og hvordan andelen ændringer med kammusling størrelse6.
Undervands imaging har været brugt inden for marin økologi for årtier17,34. Men faldende omkostninger af højopløselige kameraer og datalagring har gjort tilgangen mere praktisk end tidligere. Metoderne beskrevet i denne hvidbog kan generaliseres og har bred anvendelighed, bidrager til at fremme udviklingen af flere billed-baserede undersøgelser. Mere specifikt viser procedurerne, hvordan resultaterne kan bruges til at producere data for at hjælpe med at administrere siddende vanddyr (tabel 1-2) og bidrage til en bredere forståelse af marine miljø7,9,10 ,11,12,13,14,15.
The authors have nothing to disclose.
Tak til studerende, personale, kaptajner og besætninger, der sejlede på disse forskning ture og ejere, der er fastsat deres fartøjer. Tak til T. Jaffarian for at udvikle lab data collection programmet, Electromechanica, Inc. for at udvikle felt software og udstyr, og at CVision høring for at udvikle Image annotator program. Finansieringen blev leveret af NOAA awards NA17NMF4540043, NA17NMF4540034 og NA17NMF4540028. De synspunkter heri er dem af forfatterne og nødvendigvis afspejler ikke synspunkter af NOAA.
Bobcat, 43.3mm, F-Mount, 6600×4400, 1.9/2.4 fps, Color, GigE Vision | Imperx | PoE-B6620C-TF00 | Digital Still Camera |
Ace – EV76C560, 1/1.8", C-Mount, 1280×1024, 60fps, Color, CMOS, GigE | Basler | acA1300-60g | HD video camera |
Stock MV 40-25 Housing. Black Anodized Aluminum, 5.3" standard dome port, DBCR2008M connector | Sexton | MV 40-25 | Underwater housing for digital still camera |
Stock MV 25-25 Housing. Black Anodized Aluminum, 3.4" standard dome port, DBCR2008M connector | Sexton | MV 25-25 | Underwater housing for HD video camera |
Optical Slip Ring | MOOG | 180-2714-00 | Transmission of power and electrical signals to rotating cable on winch |
Fiber Optic Cable | Cortland | OCG0010 | Transmission of power and electrical signals from junction box to vessel deck/wheelhouse |
Wheelhouse Run | Electromechanica | EM0117-02 | Segment of fiber optic wire adapted to plug into optical slip ring on one end and light power and computer on the other |
Underwater Junction Box | Electromechanica | EM0117-01 | Connection of power and electrical signals from camera and lights to hybrid cable |
Camera Cable | SubConn | DIL8F/LS2000/10FT/LS2000/DIL8M | Transmission of power and electrical signals from camera to junction box |
Light Cable | SEACON | HRN-S0484 | Transmission of power and electrical signals from lights to junction box |
Desktop Computer | Various | Custom | Windows based operating system with fiber optic interface |
Hydraulic Winch | Diversified Marine | Custom | Tension sensitive winch for deployment and retrieval of fiber optic cable |
Steel Pyramid | Blue Fleet Welding | Custom | Apparatus for deploying cameras and lights |
Steel Davit | Blue Fleet Welding | Custom | Suspends fiber optic cable over the side of the vessel |
Fiberglass sheave in metal housing | Diversified Marine | Custom | Attaches to davit, guides fiber optic cable over the side of the vessel and into the water |
Sealight Sphere 6500, Day Light White, Flood | DeepSea Power & Light | 712-045-201-0A-01 | Underwater LED light |
GPSMAP 78 | Garmin | 01-00864-00 | Global Positioing System device |
ArcPad 10.2 | ESRI | N/A | Mobile field mapping program |
Undersea Vision Acquisition System | Electromechanica | UVAS | Field data collection program |
Digitzer | University of Massachusetts, Dartmouth | N/A | Lab data collection program |
FishAnnotator | Cvision Consulting | 0.3.0 | Image annotator program |
ArcMap 10.4 | ESRI | N/A | Mapping software |