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Méthodes d’enquêtes axées sur l’Image de macroinvertébrés benthiques et de leur Habitat témoigne de l’enquête sur la caméra Drop pour le pétoncle Atlantique

Published: July 2, 2018 doi: 10.3791/57493
Automatic Translation
1, 1
1School for Marine Science and Technology, University of Massachusetts Dartmouth

Summary

Arpentage de l’image en fonction est une méthode de plus en plus pratique, non invasif pour échantillonner l’environnement marin. Nous présentons le protocole d’une étude de caméra de chute qui permet d’estimer l’abondance et la distribution de l’Atlantique pétoncle (Placopecten magellanicus). Nous discutons comment ce protocole peut être généralisé pour application aux autres macroinvertébrés benthiques.

Abstract

L’imagerie sous-marine a longtemps été utilisé dans le domaine de l’écologie marine, mais des coûts décroissants de stockage de données et des caméras à haute résolution ont fait l’approche plus pragmatique que dans le passé. Imageur enquêtes permettent des échantillons initiaux à revoir et sont non invasif par rapport aux méthodes d’enquête traditionnelles qui impliquent généralement des filets ou dragues. Protocoles d’enquêtes axées sur l’image peuvent varier considérablement, mais devraient être mû par des objectifs de comportement et enquête sur des espèces cibles. Pour illustrer cela, nous décrivons nos méthodes plus récentes pour une enquête de caméra Atlantique mer pétoncles (Placopecten magellanicus) goutte fournir un exemple de procédure et les résultats représentatifs. La procédure est divisée en trois étapes critiques qui incluent la conception des enquêtes, collecte de données et données produits. L’influence du comportement du pétoncle et le but de l’enquête de fournir une évaluation indépendante de la ressource de pétoncles de mer US sur la procédure d’enquête sont ensuite discutés dans le cadre de la généralisation de la méthode. Dans l’ensemble, le large applicabilité et la flexibilité de l’University of Massachusetts Dartmouth School pour Marine Science and Technology (SMAST) drop enquête caméra montre la méthode pourrait être généralisée et appliquée à une variété d’invertébrés sessiles ou recherche sur l’habitat concentré.

Introduction

Le pétoncle Atlantique (Placopecten magellanicus) est un mollusque bivalve marin réparti tout au long de la plate-forme continentale de l’océan Atlantique Nord-Ouest du golfe du Saint Laurent, Canada à Cap Hatteras, en Caroline du Nord1. La pêche au pétoncle mer aux États-Unis a connu une augmentation sans précédent dans les débarquements et valeur au cours des quinze dernières années et est devenue l’une des pêches une valeur plus élevées du pays avec des débarquements d’une valeur d’environ $ 440 millions en 2015,2. Malgré cette augmentation, l’effort de pêche du pétoncle a été considérablement réduit au cours des 20 dernières années grâce à la mise en œuvre d’un système de rotation de zone qui vise à protéger les zones avec des pétoncles juvéniles et concentrer la pêche dans les zones avec plus gros pétoncles en haut densité1. Cette approche de gestion nécessite des informations spécifiques dans l’espace sur la densité des pétoncles et de taille, qui est fournie par plusieurs enquêtes, y compris l’Université du Massachusetts Dartmouth école pour les sciences marines et enquête de technologie (SMAST) chute caméra.

L’objectif de l’enquête de caméra SMAST goutte est de fournir une évaluation indépendante de la ressource de pétoncles de mer US et de ses habitats connexes de gestionnaires des ressources halieutiques, les scientifiques marins et les communautés de pêcheurs. L’enquête a été développé en collaboration avec les pêcheurs de pétoncles et applique les techniques d’échantillonnage de quadrat basés sur plongée études3,4. Les enquêtes initiales dans le début des années 2000, axée sur l’estimation de la densité des pétoncles dans les portions fermées d’une surface de production de la pêche dite du banc Georges5, mais l’enquête élargi pour couvrir la majorité de la ressource de pétoncle dans américains et canadiens eaux (≈100, 000 km2)6,7. Informations de l’enquête a été intégrées à l’évaluation du stock du pétoncle à travers le processus Stock Assessment Workshop et fiable fournies pour le Conseil de gestion de pêches de New England à l’aide annuelle du pétoncle récolte allocation8. En outre, données de l’enquête de caméra SMAST goutte a contribué de nombreuses manières pour comprendre l’écologie des espèces non-pétoncle7,9,10,11,12 et la caractérisation des habitats benthiques13,14,15. Cette large applicabilité illustre la méthode pourrait être généralisée et appliquée à une variété d’invertébrés sessiles, potentiellement contribuer à atténuer le problème de l’expansion des pêches d’invertébrés dépassant les connaissances scientifiques et la politique nécessaires pour gérer avec succès les16. L’échantillonnage plu, basé sur l’image est non invasif par rapport aux méthodes d’échantillonnage traditionnel de la population et de plus en plus abordables due à la diminution des coûts de haute résolution caméras et données stockage17,18. Ici, les méthodes de 2017 du sondage SMAST chute caméra utilisée pour la gestion de pétoncles sur la portion américaine du banc Georges sont présentés pour illustrer la procédure. Nous décrivent la logique derrière cette procédure afin de faciliter sa généralisation et son application aux autres invertébrés sessiles.

Protocol

1. conception de l’enquête

  1. Trouver un ou plusieurs navires offshore pétoncle commerciaux disponibles pour 6 - 8 jours d’intervalle.
  2. Construire une pyramide en acier avec un cadre intérieur où trois caméras, lumières et une boîte de dérivation pour une fibre câble optique peut être monté (Figure 1). Veiller à ce qu’une caméra est une haute résolution caméra de photographie numérique et de deux sont plus basse résolution, mais toujours haute définition, caméras vidéo.

Figure 1
Figure 1 : chute caméra enquête pyramide avec caméras et lumières utilisées pour la collecte de données en 2017. L’Université du Massachusetts Dartmouth, école des sciences et technologies marines drop caméra enquête pyramide avec des caméras et lumières utilisées pour la collecte de données en 2017. Une boîte de jonction qui relie la caméra et câbles de lumière à un câble à fibre optique est montée entre les deux barres avec des lumières et n’est pas affichée. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

  1. Utilisez une méthode d’échantillonnage systématique pour placer les stations de sondage 5,6 km dehors dans la plupart des régions du banc Georges utilisés par la pêche et de 2,8 km de distance dans deux domaines d’importance1
    Remarque : Deux scientifiques, un capitaine et un lieutenant ont pu levé environ 50 stations toutes les 24 heures sur la grille de 5,6 km et 80 stations sur la grille de 2,8 km. Donc environ 5 voyages d’enquête ont été nécessaires pour remplir le sondage.

2. collecte des données

  1. Charger l’équipement à bord du navire.
  2. Mettre en place l’équipement sur le pont du navire.
    1. Organiser la pyramide, une pression sensible treuil avec fibre optique câble sur le tambour et connectés à des bagues collectrices et davier sur le pont du navire. S’assurer que la fibre câble optique peut exécuter du treuil par le davier et à la pyramide sans toucher le câble du treuil du navire.
    2. Utiliser des soudures petits, temporaires d’apposer la plaque davit, bossoir et treuil en place.
    3. Fils de câble d’alimentation de pression sensible treuil dans la boîte à fusibles du navire.
    4. Fixer la boîte de jonction à la pyramide.
    5. Fixer les caméras et lumières à la pyramide.
    6. Connecter des caméras et lumières à la boîte de jonction avec caméra et câbles de lumière.
    7. Parcourent poulie de câble à fibre optique et attacher au bossoir.
    8. Attachez le câble de treuil hydraulique de navire à la pyramide.
  3. Mis en place l’équipement de timonerie du navire.
    1. Branchez et sécuriser l’ordinateur de bureau.
    2. Connecter 2 moniteurs à l’ordinateur de bureau. Fixer un moniteur près de l’ordinateur et la seconde près les contrôles pour treuil hydraulique du navire.
    3. Connectez un périphérique du système (GPS) positionnement global à l’ordinateur via un port USB.
    4. Branchez et sécuriser un ordinateur portable doté d’un programme de cartographie mobile de terrain près de la barre du navire. Charger les stations prédéterminées dans l’ordinateur avant le départ.
    5. Connectez un périphérique GPS pour ordinateur portable via un port série.
    6. Connecter les caméras et lumières à la timonerie du navire.
      1. Attacher la « fin de pont » de la course de la timonerie du câble à fibre optique à optique bague collectrice sur le treuil sensible de la pression.
      2. Fixer la « fin de timonerie » de la course de la timonerie du câble à fibre optique à l’interface de fibre optique sur l’ordinateur de bureau et de la prise de puissance lumineuse.
      3. Lancer le programme de collecte de données de champ de l’ordinateur de bureau. S’assurer que toutes les caméras montées sur la pyramide et branché dans la boîte de jonction automatiquement Voir la comme connecté.
        Remarque : Si toutes les caméras ne montrent pas comme connecté, réinitialiser les connexions de caméra dans le programme ou dépanner en inversant les composants (caméra, branchement des câbles, bagues collectrices, etc..) de manière systématique.
  4. Capturer des images et enregistrer des données à chaque station.
    1. Lancer le programme de mappage de champs mobiles de l’ordinateur portable.
    2. Sélectionnez l’outil « marque » et faites glisser l’icône de cible une station de fournir un palier à la station.
    3. Abaissez lentement la pyramide d’échantillonnage du fond marin à l’aide de treuils hydrauliques du navire lorsque la station a été atteint et que le navire a été arrêté.
      NOTE : Ceci est fait par l’équipage du navire et le treuil sensible de la pression doit être allumé avant l’abaissement de la pyramide d’échantillonnage.
    4. Lancer le programme de collecte de données de champ de l’ordinateur de bureau, tandis que la pyramide est avant d’être ramenée du fond de l’océan.
      1. Double-cliquez sur la zone « Nom court Area » et entrez un nom pour la région.
        Remarque : Ceci ne doit être fait pour la première station d’un espace.
      2. Cliquez sur le bouton « Lancer les capitaines Cam » pour afficher les vues de caméra et d’autres informations sur le moniteur près de commandes du treuil hydraulique.
    5. Mettre sous tension s’allume.
    6. Saisir les données de quadrat une fois la pyramide d’échantillonnage a atterri sur le plancher océanique.
      1. Dans le programme de collecte de données de champ, cliquez sur « Démarrer la Station » pour commencer l’enregistrement de vidéo.
        Remarque : Le bouton clignote rouge alors que la vidéo est l’enregistrement.
      2. Cliquez sur « Prendre des instantanés » lorsqu’une vue dégagée sur le plancher océanique s’affiche, puis cliquez sur « Enregistrer tout » pour capturer une image fixe de toutes les vues de caméra en même temps.
      3. Cliquez sur le bouton « Écrire à Database ».
        Remarque : Cela fera apparaître une boîte de dialogue Nouveau avec profondeur, localisation, température, station numéro, nombre de quadrat, nom de domaine et un numéro d’identification unique entré automatiquement par le logiciel.
      4. Entrez le nombre de pétoncles vu dans l’image numérique de caméra fixe dans la case « Nombre de pétoncles » et taper des commentaires dans la zone « Commentaires ».
      5. Cliquez sur le bouton « Soumettre les informations » pour écrire les données sur le carré sous forme de ligne dans la base de données de champ.
    7. Soulever la pyramide, jusqu'à ce que le fond de l’océan ne peut plus être vu.
    8. Lentement, baisser la pyramide au fond de l’océan et répétez les étapes 2.4.6 et 2.4.7. jusqu'à ce que les données des quatre quadrants ont été capturé. Veiller à ce que la pyramide a dérivé pour que quadrat différentes images du plancher océanique sont capturées.
    9. Soulever la pyramide d’échantillonnage du fond marin à un poste sûr à côté du navire.
    10. Fin de la station tandis que la pyramide est déclenchée.
      1. Cliquez sur « Terminus » dans le programme de collecte de données de champ pour mettre fin à l’enregistrement vidéo et le programme d’avances à la station suivante.
      2. Cliquez sur le bouton « Programme de quitter » pour fermer le programme.
      3. Mettez hors tension s’allume.
      4. Cliquez sur « Capturer la Station » dans le programme de mappage de champs mobiles pour marquer la station comme achevée, puis répétez l’étape 2.4.2.
    11. Répétez les étapes précédentes de la section 2.4. jusqu'à ce que toutes les stations de sondage ont été effectuées.
  5. Procéder à une baisse de calibration de caméra.
    1. Mesurer la longueur d’au moins 30 mailles d’une grille métallique avec compas électroniques. Marquer les cellules qui sont mesurés.
    2. Fixer la grille à la base de la pyramide d’échantillonnage à l’aide de ficelle ou corde. S’assurer que les cellules de la grille mesurées sont dans les vues de caméra.
    3. Répétez les étapes 2.4.3 à 2.4.6.2 pour capturer des images de la grille.
      Remarque : Cet étalonnage se fait généralement avant la première station mais peut être fait avant le départ dans un bassin d’essai ou à tout moment au cours de l’enquête. Le but est de déterminer la longueur en mm à des pixels pour confirmant taille quadrat et mesurer les fonctions dans les images.
  6. Quantifier les données au sein d’images fixes numériques de quadrat de caméra.
    Remarque : Utilisez des images d’autres caméras et la vidéo comme aides dans ce processus.
    1. Lancer le programme de collecte de données de laboratoire et sélectionnez le profil de « Numérisation ».
    2. Dans le menu déroulant, sélectionnez l’année, région, caméra, station et quadrat d’intérêt.
    3. Cliquez sur « go » pour apporter une image basée sur le critère sélectionné à l’étape 2.6.2. dans le programme.
    4. Dans la section « Substrat », cliquez sur les cases pour les types de substrat qui sont présents. Voir14 pour une description détaillée des types de substrat et comment ils sont classés.
    5. Quantifier les animaux macrobenthiques.
      Remarque : 50 taxons de macrobenthos sont comptés ou notés comme présents, ou absents. On trouvera une liste complète de ces taxons et comment ils sont suivis en référence13.
      1. Cliquez sur les cases pour les animaux qui sont présents dans la section de présence « Inverse ».
      2. Entrez le numéro de chaque animal observé dans la section du comte « Inverse ».
      3. Cliquez sur le bouton rouge de « SC » et dot chaque escalope dans l’image.
      4. Cliquez sur le bouton « SF » vert dot chaque étoile de mer dans l’image.
      5. Cliquez sur le bouton « CL » noir et parsèment chaque battant (pétoncle qui est mort, mais les deux côtés de la coque sont toujours attachés à charnière) dans l’image.
      6. Cliquez sur le bouton « FI » bleu point chaque poisson dans l’image.
      7. Dans la section de comte de « Poisson », entrez le nombre de chaque type de poisson observé.
        Remarque : Pour les autres animaux en pointillé le programme automatiquement compte le nombre de points et assigne aux chefs d’accusation à la catégorie appropriée. Pour les poissons, les points sont automatiquement comptées, mais l’utilisateur doit identifier quel type de poissons et combien. Le nombre total de poissons points comptés par le programme doit correspondre au nombre de chaque type de poisson entré par l’utilisateur.
    6. Cliquez sur le bouton « soumettre » pour écrire les données sur l’image sous forme de ligne dans le laboratoire de la base et créer une copie de l’image avec les animaux pointés.
    7. Effectuer un contrôle de la qualité des étapes 2.6.4. et 2.6.5.
      1. Modifier le profil dans le programme de collecte de données de laboratoire à « ImageCheck. »
        Remarque : Cela devrait être fait par une personne différente de celle qui a effectué les étapes 2.6.4 et 2.6.5 pour l’image.
      2. Répétez les étapes 2.6.2 et 2.6.3. pour charger l’image d’origine, l’image en pointillé et remplissez de substrat et animal données entrées par le profil d’utilisateur de « Numérisation ».
      3. Examen d’entrée pour une précision et apportez les modifications nécessaires.
      4. Cliquez sur le bouton « soumettre » pour écraser les données concernant l’image envoyée par l’utilisateur « Numériser » et marquer l’image dans le contrôle dans la base de données du laboratoire de qualité.
    8. Mesurer les pétoncles observées dans les images.
      NOTE : Pétoncles partiellement visibles (masqués par des excroissances, en partie dans l’image, etc..) ou sur le sol de la mer ne doit pas être mesurée.
      1. Lancez le programme d’annotator image.
      2. Dans le menu déroulant, sélectionnez « Fichier » puis « Load Image Directory ». Accédez à l’image de points d’intérêt et charger l’image dans le programme.
      3. Sélectionnez l’annotation « ligne » et tracez une ligne de l’umbo de pétoncle à la partie supérieure de la coquille.
      4. Répétez l’étape 2.6.8.3. pour tous les pétoncles mesurables dans l’image.
      5. Sélectionnez « Fichier » puis sur « Enregistrer les Annotations » pour créer une feuille de calcul des mesures.
      6. Convertir des mesures de pixels millimètres à l’aide de pixels millimètres ratio moyens de 2,5.

3. les données produits

  1. Calculer des estimations spécifiques dans l’espace de la taille et la densité des pétoncles.
    1. Tracer des stations de sondage à l’aide de logiciels de cartographie.
    2. Stations de sondage partition par zones de modèle de pétoncle zone Management Simulator (SAMS).
      NOTE : Dans la pêche au pétoncle mer Atlantique US, le modèle de SAMS est utilisé pour projeter l’abondance de pétoncles de mer et débarquements8. Toutes les étapes suivantes sont effectuées pour chaque zone de SAMS.
    3. Pétoncle moyenne des mesures pour obtenir la hauteur moyenne de coquille de pétoncles.
    4. Calculer des densités moyennes et erreurs-types des pétoncles.
      1. Augmenter la taille du carré de la hauteur moyenne de coquille de pétoncles dans la zone de SAMS pour compenser partiellement visibles pétoncles comptés le long du bord de l' image19.
      2. Calculer la masse volumique en utilisant la taille ajustée quadrat et les équations pour un sondage à 2 étages pour tenir compte des multiples quadrats échantillonnés à chaque station20:
        (1)Equation 1
        (2)Equation 2
        où n = unités d’échantillonnage primaires (stations), m = éléments par unité d’échantillon primaire (quadrats), Equation 3 = valeur mesurée (comtes de pétoncles) pour l’élément j en unité principale i, Equation 4 = moyenne de l’échantillon par élément (quadrat) dans l’unité principale j’ai (stations), et Equation 5 = la moyenne sur les deux platines. L’erreur-type de cette moyenne est :
        (3)Equation 6
        où Equation 7 est l’écart entre les moyens de l’unité principale (stations).
  2. Calculer la biomasse totale et exploitable.
    1. Multiplier la densité des pétoncles par la superficie totale interrogée pour estimer le nombre de pétoncles dans la région.
    2. Créer une distribution de fréquence de hauteur de coquille de pétoncle mesures avec bacs de taille de 5 mm.
    3. 3.2.1 il faut multiplier. par la fréquence des pétoncles dans chaque emplacement de taille de 3.2.2. pour obtenir le nombre de pétoncles dans chaque emplacement de taille dans la région.
    4. Il faut multiplier le poids de viande estimée de pétoncles au point médian de chaque bac de taille de 5 mm par le nombre de pétoncles dans chaque emplacement de taille. La hauteur de la coquille de régressions de poids de viande spécifié par l’équipe de développement Plan du New England Fisheries Management Conseil pétoncle permet d’estimer le poids de pétoncle à la taille en grammes21.
    5. Somme du poids de la viande des pétoncles de 3.2.4. pour produire une estimation de la biomasse totale de pétoncles. Convertir la biomasse du pétoncle de grammes à tonnes métriques.
    6. Diviser la somme des poids de viande du pétoncle de 3.2.5. par le nombre total de pétoncles de 3.2.1. pour obtenir le poids moyen d’une escalope.
    7. Multipliez le nombre de pétoncles à chaque emplacement de taille de 3.2.3. par une drague à pétoncles commercial équation de sélectivité pour estimer le nombre d’exploitable pétoncles22.
    8. Répétez les étapes 3.2.5. et 3.2.6. avec les comtes de pétoncles exploitables de 3.2.7. pour estimer la biomasse des pétoncles de taille exploitable et leur poids moyen de viande.
  3. Créer des cartes de répartition des pétoncles.
    1. Diviser la somme des comtes de pétoncles, coquilles Saint-Jacques avec des hauteurs de coquille inférieure à 75 mm et les pétoncles avec hauteurs au-dessus de 100 mm à chaque station de sondage par la superficie considérée dans l’appareil photo numérique (9,2 m2) à chaque station pour calculer respectivement dans l’ensemble de la coque coquilles Saint-Jacques, pétoncles juvéniles et densité des pétoncles exploitables à chaque station.
    2. Tracer chaque densité pour chaque station cartographier la distribution spatiale de l’abondance globale, juvénile et exploitable de pétoncle, respectivement.

Representative Results

Stations de sondage ont été échantillonnées dans le cadre de cinq voyages de recherches menées entre fin avril et mi-juillet (Figure 2). En raison de la visibilité et les problèmes de météo, une bande de quelques stations dans la zone de SAMS CL2-S-EXT n’étaient pas échantillonnés et dans d’autres zones ont été également abandonnées lors des contrôles d’assurance qualité. Pour toutes les autres stations, quatre de haute qualité des images fixes numériques ont été capturées (Figure 3). Pour toutes les images dans ces stations, substrat et macrobenthique animaux ont été quantifiés et pétoncles ont été mesurés. Comtes de pétoncle et mesures furent divisées par zone de SAMS permettant pour les estimations de l’abondance, la distribution et la biomasse, ainsi que des données brutes vérifiées des comtes de pétoncle et mesures, à fournir à la Northeast Fisheries Science Center et de la Nouvelle-Angleterre Conseil de gestion de pêche avant le 1 août pour inclusion dans le processus annuel d’affectation des pétoncles (tableaux 1 et 2). Cartes de répartition de pétoncles ont été créés pour toutes les coquilles Saint-Jacques, pétoncles juvéniles (shell hauteurs moins de 75 mm) et les pétoncles de taille exploitable (supérieure à 100 mm de hauteur de coquille) (Figure 4).

Figure 2
Figure 2 : Drop des stations de la caméra sur le banc Georges en 2017. Stations sont affichées par le bateau avec les dates de l’enquête et stratifiées avec zones de grand intérêt échantillonné avec stations de 2,8 km de distance et toutes les autres zones échantillonnées avec stations de 5,6 km de distance. Étiquettes et lignes noires identifient les zones de modèle de simulateur de gestion du pétoncle zone utilisées pour projeter les débarquements et l’abondance de pétoncles de mer. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : image fixe numérique en exemple de l’enquête sur la caméra 2017 goutte sur le banc Georges. Pour l’enquête entière de banc Georges, substrat et macrobenthique animaux ont été quantifiés et pétoncles ont été mesurés chez 5 216 images de qualité similaire. Toutes les images peuvent être visualisées à < http://bit.ly/scallopsurvey>. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Zone Quad Stations Mesurée SH SC. par m2 SE Coquilles Saint-Jacques
CL1-NA-N 2.6 101 858 105 0,98 0,29 761
CL1-AC 2.6 155 81 106 0,06 0,01 66
CL1-NA-S -- 7 0 -- < 0,02 -- --
CL2-N-NA 2.6 16 58 87 0,43 0,2 214
CL2-S-AC 2.6 435 556 93,6 0,14 0,01 465
CL2-S-EXT 2.5 147 660 77,6 0,48 0,04 545
NF 2.6 54 13 88 0,02 0,01 39
NLS-AC-N 2.7 31 72 120 0,27 0,1 260
NLS-AC-S 2.5 39 2 718 72,7 9.7 3.09 11 676
NLS-EXT 2.6 14 170 95,1 2.24 2.16 966
NLS-NA 2.6 42 696 99.1 2 0,83 2 597
SCH 2.5 137 138 71,3 0,15 0,03 631
SF 2.5 126 219 74,4 0,19 0,03 747

Tableau 1 : données de caméra fixes numériques de l’enquête sur l’appareil photo dans la goutte 2017 du banc Georges. Résultats sont présentés selon les zones de modèle de simulateur de gestion du pétoncle zone. Inclus dans le tableau est la zone de quadrat ajusté (Quad), le nombre de stations échantillonnées (Stations), le nombre des hauteurs de coquille de pétoncle mesuré les (mesuré), la hauteur moyenne des pétoncles observée en mm (SH), le nombre moyen de pétoncles par m2 (Sc. par m 2) avec l’écart-type associé (SE) et une estimation du nombre de pétoncles en millions (pétoncles). Résulats de la CL1-NA-S n’a pas pourraient être produits car aucun pétoncles ont été observés.

Estimation de la biomasse totale Estimation de la biomasse Exploitable
Zone MW MT SE MW MT SE
CL1-NA-N 18.28 13 900 4 100 23,85 9 900 2 950
CL1-AC 24.87 1 650 350 33,72 1 350 300
CL1-NA-S -- -- -- -- -- --
CL2-N-NA 14.89 3 200 1 500 26,51 2 100 980
CL2-S-AC 15,84 7 360 685 23.47 4 600 425
CL2-S-EXT 9.46 5 150 440 17.1 1 900 165
NF 16.26 600 260 27,59 500 200
NLS-AC-N 34.15 8 900 3 390 38.02 7 800 2 990
NLS-AC-S 8,49 $ 99 100 31 590 16,88 24 600 7 830
NLS-EXT 16.73 16 200 15 590 19,54 7 600 7 310
NLS-NA 20,4 53 000 22 100 25.13 30 700 12 800
SCH 10 h 45 6 600 1 260 24.65 3 300 620
SF 9.1 6 800 1 080 17.33 2 400 380

Tableau 2 : estimations de la biomasse totale et exploitable pour la Banque de Georges 2017 drop enquête sur la caméra. Résultats sont présentés selon les zones de modèle de simulateur de gestion du pétoncle zone. La table comprend le poids de viande moyenne pétoncle en sol (MW), le poids total de pétoncles en tonnes métriques (TM) et l’écart-type en tonnes métriques. Résulats de la CL1-NA-S n’a pas pourraient être produits car aucun pétoncles ont été observés.

Figure 4
Figure 4 : répartition et l’abondance du banc Georges de pétoncles pendant 2017. Pétoncle répartition et l’abondance du banc Georges en 2017 pour tous les pétoncles (en haut), pétoncles moins de 75 mm de hauteur de coquille (au milieu) et supérieurs à hauteur de coquille de 100 mm (en bas) d’après une étude de caméra baisse de pétoncles. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Discussion

Les protocoles de conception d’enquête sont flexibles, mais il est essentiel de considérer les espèces cibles objectifs d’enquête et de comportement en généralisant ces protocoles. Revue de la littérature et des études préliminaires ou initiales permet d’incorporer des comportement d’espèces cibles dans la conception de l’enquête. Par exemple, moins d’un pétoncle à 12,5 m2 (0,08 pétoncles/m2) est inférieur à une pêche commerciale durable densité23. Ainsi, par l’échantillonnage de quatre quadrants par station, la zone de prélèvement de la station est liée afin de détecter les pétoncles à densité commerciale. En outre, mer pétoncles sont généralement agrégées plutôt que distribués au hasard sur le plancher océanique, qui influent sur l’espacement des stations impact sur la précision de la masse volumique estime que24. Plusieurs études utilisant la moyenne et la variance des données provenant d’études initiales a examiné précision et déterminer que 5,6 km était que les stations à distance maximale doivent être placées dehors5,25,26. La conception systémique d’échantillonnage de l’enquête a été influencée par les objectifs de l’enquête. Les frontières des zones SAMS changent fréquemment et souvent après que des enquêtes ont été menées21,27. Échantillonnage systémique permet d’éviter le grave problème de stratification a posteriori des limites pour les estimations spatiales que les impacts au hasard stratifiés ou enquête optimale alloué conçoit20. Répartition uniforme des stations facilite également la détection de nouvelles embauches de pétoncle et sédiments marins cartographie et macroinvertébrés distributions28. L’une étape où il ne serait pas possible d’examiner des espèces cibles objectifs de comportement et d’enquête est l’identification d’un navire hydrographique, c’est pourquoi le protocole commence par cette étape. Un navire est essentiel à un échantillonnage en mer et dicte les étapes subséquentes de la conception de l’enquête. Pour nos protocoles, il est indispensable d’engager l’industrie de la pêche commerciale afin de favoriser la transparence dans les méthodes d’enquête et la confiance dans les résultats de l’enquête. À l’aide de bateaux de pêche commerciale était une manière impactante pour inclure l’industrie de nos méthodes et la taille et les capacités des navires autorisés pour un appareil de caméra grand et lourd et pour les stations de sondage à échantillonner dans le délai requis. En outre, les propriétaires de bateaux étaient responsables de tous les coûts associés avec l’utilisation du navire et ont été indemnisées par une allocation de pétoncle livres décerné par la National Oceanic and Atmospheric Administration grâce au programme de mise en jachère de recherche pétoncle Atlantique 29. bien qu’il n’est pas nécessaire de se livrer à l’industrie dans les sondages, la taille, les capacités, et les coûts des navires disponibles doivent être examinés avant de développer d’autres aspects de la conception de l’enquête.

Les aspects de collecte et de traitement des données des protocoles présentent le plus grand avantage, mais aussi une limitation de cette méthode. L’utilisation de logiciels sur mesure et bases de données à chiffrer les données au sein d’images vient à un coût non négligeable. Cependant, l’utilisation de ces produits par l’enquête de caméra SMAST goutte représente une évolution d’un programme lancé en 1999 et n’est pas indispensable. Par exemple, lorsque le programme a commencé, comtes de pétoncles ont été faites avec le stylo et le papier et le logiciel libre est maintenant disponible pour mesurer dans les images. De même, l’appareil photo numérique actuel a été choisi car il est capable de détecter toutes les classes de taille des pétoncles et permis pour environ 200 % d’agrandissement sans perte de qualité de l’image (Figure 3), mais plus basse résolution, caméras moins chers utilisé plus tôt dans l’enquête ont pu détecter entièrement les pétoncles de taille commerciale30. Comme avec les protocoles de conception d’enquête, le type de caméra devrait être lié à la résolution nécessaire pour détecter les espèces cibles et atteindre les objectifs de l’enquête. Capture d’images et l’enregistrement vidéo à chaque station fournit un avantage significatif sur les méthodes d’enquête traditionnelles en fournissant la capacité continue de revisiter les échantillons et d’étendre l’analyse aux taxons ou caractéristiques de l’habitat non initialement suivis ou énuméré. Par exemple, des images avec les dollars de sable et autres échinodermes initialement remarqués que présents ou absents dans la base de données SMAST ont été revisités pour quantifier leur abondance et leur biomasse par temps12. En revanche, les échantillons prélevés dans les méthodes d’enquête plus traditionnels tels que des dragues ou des filets sont rejetées en mer et ne peuvent être réexaminées. Toutefois, les progrès qui permettent des quantités massives d’images prises et le stockage peuvent entraîner des millions d’images recueillies avec seulement une petite fraction utilisée. C’est en grande partie en raison des restrictions de temps et que les humains sont nécessaires pour l’extraction de données et entraînent de grandes quantités d’informations inutilisé31. Progrès de la détection automatisée des animaux et des caractéristiques de l’habitat peuvent aider à résoudre cette énigme.

Méthodes d’enquête basée sur image peuvent fournir les données nécessaires pour surveiller les macroinvertébrés et associées à l’habitat, mais compléter les protocoles décrits ici avec d’autres méthodes qui recueillent des échantillons biologiques est idéal. Sans une relation poids viande shell-hauteur de pétoncle, créée à partir de drague d’échantillonnage, les estimations de la biomasse ne serait pas possibles. En outre, la pétoncle viande shell-hauteur poids relations varient en fonction heure et l’endroit sur le banc Georges indiquant que constamment mise à jour de l’équation utilisée pour décrire cette relation est bénéfique32. Combinant image et techniques de base d’échantillons physiques contribue également à explorer les préjugés et les hypothèses de chaque méthode. Mesurer des hauteurs de coquille de pétoncles baisse des images de la caméra avec étriers quantifié un biais de mesure associé à la courbure de la lentille de la caméra et distance de l’image Centre33. À l’inverse, appariés des comparaisons entre les images et les traits de drague ont aidé à définir quelle proportion des pétoncles sur les fonds marins sont effectivement perçus, et comment la proportion change avec pétoncle taille6.

L’imagerie sous-marine a été utilisé dans le domaine de l’écologie marine pour des décennies17,,34. Cependant, baisse des coûts de stockage de données et des caméras à haute résolution ont fait l’approche plus pragmatique que dans le passé. Les méthodes décrites dans cet article peuvent être généralisés et sont appliquer de façon large, contribue à faciliter le développement d’autres enquêtes axées sur l’image. Plus précisément, les procédures indiquent comment les résultats peuvent être utilisés pour produire des données pour gérer les invertébrés sessiles (tableaux 1-2) et contribuer à une meilleure compréhension de l’environnement marin7,9,10 ,11,12,13,14,15.

Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Merci aux élèves, personnel, capitaines et les équipages qui ont navigué sur ces voyages de recherches et les propriétaires qui ont fourni leurs navires. Merci à T. Jaffarian pour développer le programme de collecte de données de laboratoire, Electromechanica, Inc. en vue de développer le domaine logiciel et le matériel et à CVision Consulting pour l’élaboration du programme d’annotator Image. Financement a été assuré par awards NOAA NA17NMF4540043, NA17NMF4540034 et NA17NMF4540028. Les opinions exprimées ici sont celles des auteurs et ne reflètent pas nécessairement les vues de la NOAA.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bobcat, 43.3mm, F-Mount, 6600x4400, 1.9/2.4 fps, Color, GigE Vision Imperx PoE-B6620C-TF00 Digital Still Camera
Ace - EV76C560, 1/1.8", C-Mount, 1280x1024, 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

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References

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Sciences de l’environnement numéro 137 environnement/développement durable écologie Marine pêche Placopecten magellanicus Cooperative Research gestion des ressources l’imagerie sous-marine
Méthodes d’enquêtes axées sur l’Image de macroinvertébrés benthiques et de leur Habitat témoigne de l’enquête sur la caméra Drop pour le pétoncle Atlantique
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Bethoney, N. D., Stokesbury, K. D.… More

Bethoney, N. D., Stokesbury, K. D. E. Methods for Image-based Surveys of Benthic Macroinvertebrates and Their Habitat Exemplified by the Drop Camera Survey for the Atlantic Sea Scallop. J. Vis. Exp. (137), e57493, doi:10.3791/57493 (2018).

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