Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

שיטות מבוססות-תמונה סקרים Macroinvertebrates בנתיק ואת הגידול שלהם כשניסחתי את הסקר המצלמה טיפה על צדפת הים האטלנטי

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

Summary

התמונה לפי מדידות היא שיטה מעשית יותר ויותר, לא פולשנית כדי לדגום את הסביבה הימית. אנו מציגים את הפרוטוקול של סקר המצלמה טיפה שמעריך את השפע והפצה של צדפת ים אטלנטי (Placopecten magellanicus). נדון כיצד פרוטוקול זה ניתן להכליל עבור היישום השני macroinvertebrates בנתיק.

Abstract

הדמיה מתחת למים זמן רב השתמשו בתחום אקולוגיה ימית, אבל הפחתת עלויות של מצלמות ברזולוציה גבוהה ואחסון נתונים הפכו את הגישה המעשית יותר מאשר בעבר. סקרים מבוססת תמונה לאפשר דגימות ראשוניות כדי לערער, לא פולשנית לעומת שיטות הסקר מסורתי המערבות בדרך כלל רשתות או חופרים. פרוטוקולים עבור סקרים מבוססת תמונה יכול להשתנות במידה רבה, אבל צריך להיות מונע על ידי היעד מינים התנהגות וסקר מטרות. כדי להדגים את זה, אנו מתארים שיטות סקר המצלמה טיפה של ים אטלנטי תלמים (Placopecten magellanicus) לספק דוגמה פרוצדורלי ותוצאות הנציגה האחרונה שלנו. התהליך מחולק בשלושה שלבים קריטיים הכוללים עיצוב הסקר, איסוף נתונים ומוצרים נתונים. השפעת התנהגות הכלי תלמים, סקר את מטרת מתן הערכה עצמאית של המשאב צדפת ים ארה על ההליך סקר נידונות ואז בהקשר של השיטה מהכללות. בסך הכל, ישימות רחבה והגמישות של אוניברסיטת מסצ'וסטס דארטמאות הספר עבור ימית ומדעי הטכנולוגיה (SMAST) ירידה המצלמה סקר מדגים יכול להיות מוכללת, חלה על מגוון רחב של חסרי חוליות sessile השיטה או בית גידול התמקד המחקר.

Introduction

צדפת ים אטלנטי (Placopecten magellanicus) הוא רכיכה של ביואלו ימית מופצים ברחבי מדף היבשות של האוקיינוס האטלנטי הצפוני-מערבי של מפרץ סנט לורנס קנדה קייפ האטרס, צפון קרוליינה1. דוגה צדפת ים בארצות הברית חוותה עליות חסרת תקדים נחיתות וערך ב 15 השנים האחרונות, הפך לאחד חלוצת מוערכת הגבוהה של המדינה עם נחיתות שווה כ-440 מיליון דולר בשנת 20152. למרות עלייה זו, תלמים דיג מאמץ משמעותי הופחת במהלך 20 השנים האחרונות דרך היישום של מערכת סיבוב באזור אשר מטרתה להגן על אזורים עם צדפות לנוער ולהתמקד דיג באזורים עם צדפות גדולות יותר גבוה צפיפות1. גישה זו ניהול דורשת מידע ספציפי במרחב על צפיפות תלמים, גודל, אשר מסופק על ידי מספר סקרים כולל הספר דארטמאות אוניברסיטת מסצ'וסטס עבור מדעי הים, טכנולוגיה (SMAST) ירידה המצלמה סקר.

מטרת הסקר המצלמה טיפה SMAST נועד לספק מנהלי משאבים דוגה, מדענים ימיים וקהילות דיג עם הערכה עצמאית של המשאב צדפת ארה ב ים וסביבת מחיה המשויך שלו. הסקר פותחה בשיתוף פעולה עם דייגים צדפת ומחיל שיטות הדגימה תתהלכו מבוסס על מחקרים צלילה3,4. סקרים הראשוני בתחילת שנות האלפיים התמקד הערכת הצפיפות של צדפות ים בתוך חלקים סגור של תחום פורה לנהל דוגה המכונה ג'ורג'ס5, אבל הסקר מורחבת לכסות את הרוב המכריע של המשאב צדפת בארה ב וקנדה ווטרס (≈100, 000 ק מ2)6,7. מידע מתוך הסקר כולל כבר שולבו את צדפת הערכת מלאי לאורך התהליך סדנא הערכת מלאי, מסופק באופן אמין למועצה ניו אינגלנד חלוצת ניהול כדי לסייע השנתי צדפת הקציר הקצאת8. בנוסף, נתונים מתוך הסקר המצלמה טיפה SMAST תרמה בדרכים רבות להבנת האקולוגיה של מינים שאינם-תלמים7,9,10,11,12 אפיון גידול בנתיק13,14,15. ישימות רחבה זו ממחישה שיטת יכול להיות מוכללת, חלה על מגוון רחב של חסרי חוליות sessile, שעשוי להיות עוזר להקל על הבעיה של ההרחבה של הגעה חלוצת משיגה את הידע המדעי ואת מדיניות צריך לנהל אותם בהצלחה16. דגימה נוספת, המבוסס על תמונות הוא לא פולשנית בהשוואה לשיטות דגימה האוכלוסייה המסורתית ומשתלם יותר ויותר בשל להפחתת עלויות ברזולוציה גבוהה מצלמות ונתונים אחסון17,18. כאן שיטות 2017 הסקר המצלמה טיפה SMAST המשמש לניהול צדפת בחלק האמריקאי של ג'ורג'ס מוצגים לצורך המחשה ההליך. נדון בנימוקים בהליך זה כדי לסייע שלה הכללה ויישום על פרוקי רגליים sessile אחרים.

Protocol

1. סקר עיצוב

  1. למצוא אחד או יותר מהחוף צדפת מסחרי כלי זמין עבור 6 - 8 ימים מרווחי.
  2. לבנות פירמידה פלדה עם מסגרת הפנים שבו שלוש מצלמות, אורות, קופסת חיבור עבור סיבים כבלים אופטיים יכול להיות רכוב (איור 1). ודא כי מצלמה אחת רזולוציה גבוהה עדיין מצלמה דיגיטלית ושניים הם ברזולוציה נמוכה יותר, אך עדיין גבוה הגדרה, מצלמות וידאו.

Figure 1
איור 1: ירידה המצלמה סקר פירמידה עם מצלמות, אורות להשתמש עבור אוסף נתוני ב-2017. דארטמאות אוניברסיטת מסצ'וסטס, בית הספר הימי מדעי וטכנולוגי ירידה המצלמה הפירמידה סקר עם מצלמות, אורות להשתמש עבור אוסף נתוני ב-2017. תיבת צומת מתחבר כבל סיב אופטי סיבים המצלמה וכבלי אור הוא רכוב בין שתי העמודות עם אורות, אינה מוצגת. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. השתמש בעיצוב דגימה שיטתית כדי למקם את סקר תחנות 5.6 km בנפרד ברוב תחומי ג'ורג'ס מנוצל על ידי דוגה 2.8 ק מ זה מזה בשני תחומים של חשיבות1
    הערה: שני מדענים, קפטן, זוג היו מסוגלים סקר כ-50 תחנות כל 24 שעות על הרשת 5.6 km ותחנות 80 על הרשת 2.8 ק. לכן, כ 5 טיולי הסקר היו נחוצים כדי להשלים את הסקר.

2. איסוף נתונים

  1. לטעון את הציוד על גבי הספינה.
  2. להגדיר את הציוד על סיפון הספינה.
    1. לארגן הפירמידה, לחץ כננת רגיש עם סיב אופטי כבל על תוף, מצורף שובר הטבעת, של דוד על סיפונה של הספינה. ודא סיבים כבלים אופטיים באפשרותך להפעיל המנוף דרך את דוד וכדי הפירמידה בלי לגעת כבל הכננת כלי-הקיבול.
    2. השתמש קטן, זמני ריתוכים להצמיד צלחת כננת, דוד, דוד למקומו.
    3. תיל כבל החשמל של כננת רגיש ללחץ לתוך תיבת הנתיכים כלי-הקיבול.
    4. צרף לקופסת לפירמידה.
    5. לצרף הפירמידה מצלמות ואורות.
    6. להתחבר מצלמות ואורות לקופסת הצומת עם המצלמה וכבלי אור.
    7. הפעל כבל סיבים אופטיים באמצעות גלגלת של הצמד דוד.
    8. חבר כבל כננת הידראולית כלי לפירמידה.
  3. להגדיר את ציוד קיבול המומחיות.
    1. הכנס ולאבטח מחשבים שולחניים.
    2. לחבר 2 צגים למחשב שולחני. לאבטח צג אחד ליד המחשב והשני ליד פקדי עבור כננת הידראולית של הספינה.
    3. חבר התקן מערכת (GPS) המיקום הגלובלית המחשב השולחני דרך יציאת USB.
    4. הכנס ולאבטח מחשב נייד עם תוכנית מיפוי שדה ניידים ליד ההגה כלי השיט. לטעון את מיקומי תחנת לתוך המחשב לפני ההמראה.
    5. חבר התקן GPS למחשב נייד דרך יציאה טורית.
    6. להתחבר בצעקה כלי מצלמות ואורות.
      1. לצרף "הסוף הסיפון" המרוץ המומחיות של כבל סיבים אופטיים אופטי טבעת להחליק על המנוף רגיש ללחץ.
      2. לצרף המומחיות סוף"המומחיות בניהול של כבל סיב אופטי סיבים אופטיים ממשק המחשב השולחני, אור החשמל.
      3. השקת התוכנית אוסף שדה נתונים מהמחשב השולחני. להבטיח כי כל המצלמות רכוב על הפירמידה, פקוק לתוך תיבת צומת באופן אוטומטי הצג המחוברים.
        הערה: אם כל המצלמות לא להראות כמו מחובר, לאפס את חיבורי מצלמה בתוך התוכנית או פתרון בעיות על ידי החלפת רכיבים (מצלמה, חיבור כבלים, טבעת slip, וכו '.) בצורה שיטתית.
  4. לכידת תמונות ונתונים הרשומה בכל תחנה.
    1. הפעל את התוכנית מיפוי שדה הנייד מהמחשב הנייד.
    2. בחרו בכלי "סימן" וגרור סמל ההקצאה תחנת לספק כיוון לתחנה.
    3. הורידו לאט פירמידה דיגום קרקע באמצעות כננת הידראולית של הספינה, כאשר התחנה הגיעה הספינה הופסק.
      הערה: פעולה זו מתבצעת על-ידי הצוות של הספינה, המנוף רגיש ללחץ חייבת להיות מופעלת לפני הורדת הפירמידה הדגימה.
    4. השקת התוכנית אוסף שדה נתונים מהמחשב השולחני בזמן הפירמידה הוא להיות הוריד את קרקע.
      1. לחץ פעמיים על תיבת "שם קצר באזור", הזן שם עבור האזור.
        הערה: רק צריך להיעשות על התחנה הראשונה של אזור זה
      2. לחץ על לחצן "השקת מצלמת קפטנים" כדי להציג תצוגות המצלמה ומידע אחר על המסך ליד פקדי כננת הידראולית.
    5. לעבור על עוצמת האור.
    6. לכידת נתונים תתהלכו ברגע הפירמידה דגימה נחת על קרקע.
      1. בתוכנית אוסף נתונים שדה, לחץ על "התחל תחנת" כדי להתחיל בהקלטה של וידאו.
        הערה: הלחצן ימצמץ אדום בזמן הקלטה הוידאו.
      2. לחץ על "לקחת תמונות" כאשר מופיעה תצוגה ברורה של קרקע ולאחר מכן לחץ "שמור הכל" כדי ללכוד תמונה דוממת של כל התצוגות המצלמה בעת ובעונה אחת.
      3. לחץ על לחצן "לכתוב מסד-נתונים".
        הערה: זה יביא את תיבת דו-שיח חדשה עם עומק, מיקום, טמפרטורה, מספר תחנת, מספר תתהלכו, שם באזור, מספר זיהוי ייחודי שהוזנו באופן אוטומטי על-ידי התוכנה.
      4. הזן את מספר צדפות ראיתי בתמונה דיגיטלית עדיין מצלמה בתיבת "תלמים ספירת" והקלד הערות לתוך התיבה 'הערות'.
      5. לחץ על לחצן "שלח מידע" כדי לכתוב את הנתונים על תתהלכו כמו שורה למסד הנתונים של השדה.
    7. הרם הפירמידה, עד קרקע כבר לא ניתן לראות.
    8. לאט לאט להוריד פירמידה קרקע וחזור על שלבים 2.4.6 ו 2.4.7. עד נתונים עבור ארבע quadrats יש כבר נתפס. ודא כי הפירמידה יש נסחפה כך תתהלכו שונות תמונות של קרקע נלכדים.
    9. להעלות את הפירמידה דיגום קרקע למיקום מאובטח ליד הספינה.
    10. הקצה התחנה בעוד הפירמידה הוא עלה.
      1. לחץ על "תחנת הקצה" תוכנית איסוף הנתונים בשדה כדי לסיים את הקלטת וידאו ו מראש תוכנית לתחנה הבאה.
      2. לחץ על לחצן "לפרוש תוכנית" כדי לסגור את התוכנית.
      3. לכבות את האורות.
      4. לחץ על "תחנת ללכוד" בתוכנית מיפוי שדה נייד כדי לסמן את התחנה כמשימה שהושלמה ולאחר מכן חזור על שלב 2.4.2.
    11. חזור על השלבים הקודמים של סעיף 2.4. עד כל סקר תחנות הושלמו.
  5. התנהגות טיפה כיול מצלמה.
    1. למדוד את האורך לפחות 30 תאי הרשת של רשת תיל עם מחוגה אלקטרונית. סמן את התאים נמדדים.
    2. לצרף לרשת בבסיס הפירמידה דגימה באמצעות חוטים או חבל. להבטיח כי תאי הרשת נמדד תצוגות המצלמה.
    3. חזור על שלבים 2.4.3 כדי 2.4.6.2 כדי ללכוד תמונות של הרשת.
      הערה: כיול זו נעשית בדרך כלל לפני התחנה הראשונה אך יכול להיעשות לפני ההמראה במיכל מבחן או בכל עת במהלך הסקר. המטרה היא לקבוע את האורך במ מ ליחס פיקסל עבור המאשר תתהלכו גודל ומדידת התכונות בתוך הדימויים.
  6. לכמת נתונים בתוך תמונות תתהלכו מצלמת סטילס דיגיטלית.
    הערה: השתמש תמונות מן בשאר המצלמות הוידאו כלי עזר בתהליך זה.
    1. השקת התוכנית אוסף נתוני מעבדה ובחר פרופיל "Digitize".
    2. בתפריט הנפתח, בחר את השנה, אזור, מצלמה, תחנת, ואת תתהלכו של עניין.
    3. לחץ על "לך" להביא תמונה לפי הקריטריונים שנבחרו בשלב 2.6.2. לתוכנית.
    4. במקטע "מצע", לחץ על התיבות עבור סוגי המצע הקיימים. ראה14 עבור תיאור מפורט של איך הם מסווגים וסוגי המצע.
    5. לכמת חיות macrobenthic.
      הערה: taxa 50 של macrobenthos הם נספרים או לציין בתור מתנה, או נעדר. ניתן למצוא רשימה מלאה של taxa האלה, איך הם מסומנים הפניה13.
      1. לחץ על התיבות עבור בעלי החיים הקיימים בסעיף נוכחות "גורם להיפוך".
      2. הזן את המספר של כל בעל חיים נצפו במדור "גורם להיפוך" ספירה.
      3. לחץ על הכפתור האדום "SC" ועל נקודה כל צדפת בתמונה.
      4. לחץ על הכפתור הירוק "SF" ועל נקודה כל כוכב הים בתמונה.
      5. לחץ על לחצן "מודיע" שחור, פזורות בכל זיבה (הכלי תלמים שמת, אבל שני הצדדים של המעטפת עדיין מחוברים ציר) בתמונה.
      6. לחץ על הכפתור הכחול "פי" ועל נקודה כל דג בתמונה.
      7. במקטע ספירת "דג", הזן את המספר של כל אחד מסוגי הדגים שנצפו.
        הערה: למען החיות מנוקד אחרים התוכנית באופן אוטומטי סופרת את מספר הנקודות ומקצה את ספירת לקטגוריה המתאימה. דגים, נקודות נספרים באופן אוטומטי, אך המשתמש עליך לזהות איזה סוג של דגים וכמה. המספר הכולל של נקודות דגים נספר על-פי התוכנית להתאים את המספר של כל סוג דגים שהזין המשתמש.
    6. לחץ על הלחצן "שלח" כדי לכתוב הנתונים אודות התמונה כמו שורה למעבדה של מסד נתונים, ליצור עותק של התמונה עם החיות מנוקד.
    7. ביצוע של בקרת איכות של צעדים 2.6.4. 2.6.5.
      1. שינוי הפרופיל בתוכנית המעבדה אוסף נתונים כדי "ImageCheck."
        הערה: זה צריך להיעשות על ידי אדם אחר מזה שבו השלמת שלבים 2.6.4 ו 2.6.5 עבור התמונה.
      2. חזור על שלבים 2.6.2 ו 2.6.3. כדי לטעון את התמונה המקורית, התמונה מנוקד, ומלא המצע של בעלי חיים הנתונים שהוזנו על ידי פרופיל המשתמש "Digitize".
      3. עיין ערך עבור דיוק, בצע את השינויים הדרושים.
      4. בחר בלחצן "להגיש" כדי להחליף את הנתונים אודות התמונה נאספו על-ידי המשתמש "Digitize" ולסמן את התמונה כמו ואיכותי במסד הנתונים של המעבדה.
    8. למדוד צדפות שנצפתה תמונות.
      הערה: צדפות גלויים חלקית (יוסתר על-ידי גידולים, חלקית של התמונה, וכו '.) או את קרקעית הים יש לא למדוד.
      1. הפעל את התוכנית annotator תמונה.
      2. בחר 'קובץ' ולאחר מכן "טעינת התמונה ספריית" מתוך התפריט הנפתח. נווט אל התמונה מנוקד עניין, לטעון את התמונה לתוך התוכנית.
      3. בחר את "ביאור קו", לצייר קו מ umbo של צדפת לחלק העליון של שהצדפה.
      4. חזור על שלב 2.6.8.3. עבור כל צדפות מדיד בתמונה.
      5. בחר 'קובץ' ולאחר מכן "ביאורים להציל" ליצירת גיליון התפשטות של מדידות.
      6. להמיר מדידות מפיקסלים מילימטרים באמצעות הפיקסלים הממוצע מילימטרים יחס של 2.5.

3. נתוני מוצרים

  1. לחשב הערכות במרחב מסוים של צדפת צפיפות וגודל.
    1. מגרש סקר תחנות באמצעות תוכנות מיפוי.
    2. מחיצה סקר תחנות באמצעות סימולטור ניהול אזור תלמים (סאמס) מודל אזורי.
      הערה: ב ארצות הברית האטלנטית ים צדפת דוגה, המודל סאמס משמש להקרין ים צדפת לשפע, נחיתות8. כל אחד מהשלבים הבאים נעשית עבור כל אזור סאמס.
    3. מדידות צדפת הממוצע כדי להשיג את הגובה הממוצע של מעטפת של צדפות.
    4. חישוב צפיפות אומר ושגיאות תקן של צדפות.
      1. להגדיל את גודל תתהלכו על-ידי הגובה הממוצע של מעטפת של צדפות באזור סאמס להתאמת עבור צדפות גלויים חלקית נספרים בשולי התמונה19.
      2. חישוב צפיפות באמצעות משוואות עבור עיצוב 2-שלב הדגימה וגודל תתהלכו מנוכי עונתיות להביא בחשבון מספר quadrats להיות לטעום-כל תחנת20:
        (1)Equation 1
        (2)Equation 2
        כאשר n = יחידות מדגם ראשוני (תחנות), m = אלמנטים ליחידה מדגם ראשוני (quadrats), Equation 3 = ערך נמדד (סעיפים של צדפות) עבור רכיב j ביחידה הראשית, Equation 4 = ממוצע המדגם לכל אלמנט (תתהלכו) ביחידה הראשית. אני (תחנות), ו Equation 5 = . אחרי השני-שלבי. השגיאה הסטנדרטית של המשמעות היא:
        (3)Equation 6
        איפה Equation 7 הוא השונות בין האמצעים היחידה הראשית (תחנות).
  2. לחשב ביומסה מוחלטת ובלתי ניתנת לניצול.
    1. הכפל צפיפות תלמים על-ידי האזור הכולל סקר כדי להעריך את מספר צדפות באזור.
    2. ליצור התפלגות שכיחויות גובה פגז של צדפת מדידות עם מיכלי בגודל 5 מ מ.
    3. הכפל 3.2.1. מאת התדירות של צדפות בסל בכל גודל מ 3.2.2. כדי לקבל את המספר של צדפות בפח כל גודל באזור.
    4. הכפל המשקל בשר המשוערת של צדפות בשלב האמצע של כל סל בגודל 5 מ מ לפי מספר צדפות בסל בכל גודל. השתמש את גובה פגז בשר במשקל regressions שצוין על-ידי צוות פיתוח תוכנית של ניו אינגלנד חלוצת ניהול של המועצה צדפת כדי להעריך את המשקל צדפת בגודל גרם21.
    5. סכום המשקל בשר של צדפות מן 3.2.4. ליצירת הערכה של צדפת הכולל ביומסה. המר צדפת ביומסה מ גרם טון מטרי.
    6. לחלק את הסכום של צדפת משקולות בשר מ 3.2.5. על ידי המספר הכולל של צדפות מ 3.2.1. כדי לקבל את המשקל הממוצע של צדפת אחד.
    7. הכפילו את המספר של צדפות-לכל גודל סל מ 3.2.3. על ידי dredge צדפת מסחרי משוואת סלקטיביות כדי להעריך את מספר הפגיעות שוליים גליים22.
    8. חזור על שלבים 3.2.5. 3.2.6. עם הסעיפים של צדפות לניצול מ 3.2.7. כדי להעריך את ביומסה של צדפות של הפגיעות גודל ומשקל בשר הממוצע שלהם.
  3. צור מפות תפוצה תלמים.
    1. לחלק את הסכום של צדפת ספירות, צדפות עם מעטפת גבהים פחות מ- 75 מ מ, צדפות עם מעטפת גבהים מעל 100 מ מ בכל תחנה סקר על-ידי האזור הכולל להציג את המצלמה (9.2 m2) בכל תחנה בהתאמה לחשב הכללי תלמים תלמים לנוער, צפיפות צדפת לניצול בכל תחנה.
    2. העלילה כל צפיפות עבור כל תחנה למפות את התפוצה המרחבית של צדפת הכללית, ילדותי, ניתנת לניצול שפע, בהתאמה.

Representative Results

סקר תחנות היו לטעום כחלק חמש נסיעות מחקר שנערך מסוף אפריל עד אמצע יולי (איור 2). הודות ניראות של בעיות מזג אוויר, אלומה של תחנות באזור סאמס CL2-S-EXT לא היו שנדגמו, כמה תחנות באזורים אחרים בוטלו גם במהלך בדיקות אבטחת איכות. עבור כל תחנות אחרות, ארבעה באיכות גבוהה תמונות סטילס דיגיטלית היו בשבי (איור 3). לכל התמונות בתחנות אלה, המצע ובעלי macrobenthic היו לכמת, צדפות נמדדו. סופרת תלמים וכן מדידות היו למחיצות לפי אזור סאמס המאפשר הערכות לשפע, הפצה, ביומסה, יחד עם הנתונים הגולמיים עליו ביקורת של צדפת ספירות ומדידות, שיסופק מזרח חלוצת מדע במרכז, ניו אינגלנד חלוצת ניהול המועצה-1 באוגוסט להכללה לתוך השנתי צדפת תהליך ההקצאה (טבלאות 1 ו- 2). מפות תפוצה צדפת נוצרו עבור כל צדפות, צדפות לנוער (מעטפת הייטס פחות מ 75 מ מ), ואת צדפות בגודל לניצול (מעטפת גבהים גדול מ- 100 מ מ) (איור 4).

Figure 2
איור 2: ירידה המצלמה תחנות על ג'ורג'ס ב-2017. תחנות שמציג את הכלי עם סקר תאריכים, מרובדת תחומי עניין גבוהה נדגמים עם תחנות 2.8 ק מ זה מזה ופינות כל שאר נדגמים עם תחנות 5.6 ק מ זה מזה. קווים שחורים ותוויות לזהות צדפת אזור ניהול סימולטור מודל אזורי היה מקרין שפע צדפת ים ונחיתות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3: תמונת סטילס דיגיטלית דוגמה מתוך הסקר המצלמה טיפה 2017 על ג'ורג'ס. הסקר ג'ורג'ס כולו, המצע ובעלי macrobenthic היו לכמת, צדפות נמדדו 5,216 תמונות באיכות דומה. כל התמונות ניתן להציג ב- < http://bit.ly/scallopsurvey>. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

אזור עם ארבע ליבות תחנות נמדד SH Sc. לכל m2 SE צדפות
CL1-נה-N 2.6 101 858 105 0.98 0.29 761
CL1-AC 2.6 155 81 106 0.06 0.01 66
CL1-נה-S -- 7 0 -- < 0.02 -- --
CL2-N-נה 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-נה 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

טבלה 1: נתוני מצלמה עדיין דיגיטלי מהסקר המצלמה 2017 טיפה של ג'ורג'ס. התוצאות מוצגים על-ידי הכלי תלמים אזור ניהול סימולטור מודל אזורי. כלול בטבלה הוא האזור תתהלכו מנוכי עונתיות (Quad), מספר תחנות שנדגמו (תחנות), המספר של צדפת מעטפת הגבהים נמדד (מדוד), הגובה מעטפת אכזרי של צדפות שנצפתה מ"מ (SH), המספר הממוצע של צדפות לכל m2 (Sc. לכל ז 2) עם המשויך לשגיאה הסטנדרטית (SE), הערכה של מספר צדפות במיליונים (צדפות). לא יכול להיות מיוצר תוצאות עבור CL1-נה-S כי אין צדפות נצפו.

הערכה של ביומסה סה הערכה של ביומסה לניצול
אזור MW MT SE MW MT SE
CL1-נה-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-נה-S -- -- -- -- -- --
CL2-N-נה 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-נה 20.4 53,000 העיר 22,100 25.13 30,700 12,800
SCH 10.45 6,600 1,260 24.65 3,300 620
SF 9.1 6,800 1,080 17.33 2,400 380

בטבלה 2: הערכות של ביומסה מוחלטת ובלתי ניתנת לניצול לבנק Georges 2017 זרוק סקר המצלמה. התוצאות מוצגים לפי אזורים דגם צדפת אזור ניהול סימולטור. כלול בטבלה הן המשקל בשר צדפת רשע בסול (MW), המשקל הכולל של צדפות בטון מטרי (MT) השגיאה הסטנדרטית של טון מטרי. לא יכול להיות מיוצר תוצאות עבור CL1-נה-S כי אין צדפות נצפו.

Figure 4
איור 4: וצדפות התפוצה והשפע על ג'ורג'ס במהלך 2017. צדפת התפוצה והשפע על ג'ורג'ס במהלך 2017 עבור כל צדפות (למעלה), שוליים גליים-פחות מ- 75 מ מ גובה פגז (באמצע), צדפות גדול מגובה פגז 100 מ מ (למטה) מסקר המצלמה טיפה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Discussion

הפרוטוקולים עיצוב סקר גמיש, אבל חשוב לקחת בחשבון את הזן יעד מטרות התנהגות וסקר בעת מהכללות פרוטוקולים אלה. סקירת ספרות ומחקרים ראשוני או הראשונית ניתן לשלב סקר עיצוב התנהגות מינים היעד. לדוגמה, כן פחות מ 12.5 מ2 (0.08 צדפות/m2) הוא מתחת הדיג המסחרי קיימא צפיפות23. לכן, באמצעות דגימת quadrats ארבעה לכל תחנת, אזור הדגימה תחנת מקושר עם גילוי צדפות על דחיסות מסחרי. בנוסף, ים צדפות הן בדרך כלל מצטברים ולא מופץ באופן אקראי על קרקעית הים, המשפיעים על כיצד תחנת ריווח משפיעה על מידת הדיוק של צפיפות הערכות24. מספר מחקרים באמצעות נתוני וב סטיה מחקרים ראשוניים בחן דיוק ולקבוע שאת 5.6 km היה שהתחנות המרחק המקסימלי להניחה בנפרד5,25,26. העיצוב דגימה מערכתית של הסקר הושפע מטרות הסקר. גבולות האזורים סאמס לשנות לעתים קרובות ולעתים קרובות לאחר סקרים היה מתנהל21,27. דגימה מערכתית מונע בעיה רצינית של פוסט-ריבוד של גבולות עבור מרחבי הערכות כי השפעות מרובדת באופן אקראי או סקר בצורה אופטימלית שהוקצה עיצובים20. הקצאה אחידה של תחנות מאפשר גם איתור גיוס צדפת החדש ואת מיפוי קרקעית הים משקעים macroinvertebrate הפצות28. השלב אחד בו זה לא ייתכן שניתן לשקול היעד מינים מטרות התנהגות וסקר הוא הזיהוי של כלי סקר, וזאת הסיבה בפרוטוקול מתחיל שלב זה. כלי חיוני דגימה-בים ומכתיב והשלבים של עיצוב הסקר. עבור פרוטוקולים שלנו, זה היה חיוני לעסוק בתעשיית הדיג המסחרי לעודד שקיפות שיטות הסקר ובטחון בתוצאות הסקר. באמצעות ספינות הדיג המסחרי היה דרך מאריכות לכלול תעשיית השיטות שלנו ואת גודל יכולות של כלי מותר עבור מנגנון המצלמה גדול, כבד, סקר תחנות מתחננות שיטעמו בתוך ציר הזמן הדרוש. עוד יותר, בעלי כלי היו אחראים על כל העלויות הקשורות לשימוש כלי, פוצו דרך הקצאת קילו צדפת הוענק על ידי לאומי אושיאניק ואת המינהל אטמוספרי דרך התוכנית Set-Aside אטלנטיק צדפת מחקר 29. אבל זה לא הכרחי כדי לעסוק בתעשייה סקרים, גודל, יכולות, יש לקחת בחשבון עלויות של כלי זמין לפני פיתוח היבטים אחרים של עיצוב הסקר.

היבטים איסוף ועיבוד של נתונים של הפרוטוקולים להציג את היתרון הגדול ביותר, אלא גם מגבלה של שיטה זו. השימוש של תוכנות מותאמות אישית ומסדי נתונים בתוך תמונות לכמת מגיע מחיר משמעותי. עם זאת, השימוש של מוצרים אלה על-ידי הסקר המצלמה טיפה SMAST מייצג התפתחות תוכנית החלה בשנת 1999, אינה חיונית. לדוגמה, כאשר התוכנית התחיל, תלמים ספירות נעשו עם עט ונייר, תוכנה חופשית זמינה כעת למדוד בתוך תמונות. באופן דומה, המצלמה הדיגיטלית עדיין הנוכחי נבחר כפי שהוא היה מסוגל גילוי כל השיעורים בגודל של צדפות המותר עבור-200% הגדלה ללא אובדן של איכות תמונה (איור 3), אבל ברזולוציה נמוכה יותר, מצלמות יקרות פחות השתמשו קודם לכן, הסקר היו מסוגלים לאתר באופן מלא את הצדפות של גודל מסחרי30. כמו עם הפרוטוקולים עיצוב הסקר, סוג המצלמה צריך להיות קשור רזולוציה צריך לזהות את הזן יעד ולהשיג מטרות הסקר. לכידת תמונות והקלטת וידאו בכל תחנה מספק יתרון משמעותי על פני שיטות הסקר המסורתית על-ידי מתן היכולת רציפה ולבקר דוגמאות ולהרחיב את הניתוח taxa או מאפייני בית גידול לא בתחילה במעקב או ספירה. לדוגמה, תמונות, עם דולרים חול אחרים echinoderms ציין במקור כמו להציג או נעדר במסד הנתונים SMAST היו וביקרה לכמת שלהם ביומסה עד זמן12והשפע. לעומת זאת, דגימות שיטות הסקר מסורתיים יותר כגון זחליים או רשתות הם זרוקים-בים, אפשר לערער. עם זאת, ההתקדמות המאפשרים כמויות אדירות של תמונות שצולמו ומאוחסנים יכול לגרום מיליוני תמונות נאסף עם רק חלק קטן מנוצל. זהו בעיקר בשל הגבלות זמן ועלות כמו בני אדם נדרשים לחילוץ נתונים וגוררים כמויות גדולות של מידע שמליחותם31. ההתקדמות בזיהוי אוטומטי של חיות ומאפייני הגידול עשוי לסייע לכתובת זו תעלומה.

התמונה לפי שיטות הסקר יכול לספק את הנתונים הדרושים לעקוב אחר macroinvertebrates ואת בית גידול משויך, אך שכשהם הפרוטוקולים המתוארת כאן עם שיטות אחרות לאסוף דגימות ביולוגיות הוא אידיאלי. ללא מערכת יחסים משקל פגז-גובה הבשר תלמים, שנוצרו dredge דגימה, ביומסה הערכות לא יהיה אפשרי. עוד יותר, היחס משקל פגז-גובה הבשר צדפת משתנה עם הזמן ומיקום על ג'ורג'ס המציין באופן עקבי מעדכן את המשוואה המשמש לתיאור מערכת היחסים הזו הוא מועיל32. שילוב תמונה טכניקות מבוססות דגימה הפיזי מסייעת גם לחקור את הטיות ואת ההנחות של כל שיטה. מדידת גבהים מעטפת של צדפות בתוכנת המצלמה תמונות עם מחוגה לכמת דעה קדומה מדידה המשויך את העקמומיות של עדשת המצלמה, המרחק מהתמונה מרכז33. לעומת זאת, השוואות לזווג בין תמונות ו dredge tows סייעו להגדיר איזה אחוז של צדפות על קרקעית הים נאספים למעשה כיצד היחס משתנה עם גודל הכלי תלמים6.

הדמיה תת שימש בתחום אקולוגיה ימית במשך עשרות שנים17,34. עם זאת, הפחתת עלויות של מצלמות ברזולוציה גבוהה ואחסון נתונים הפכו הגישה המעשית יותר מאשר בעבר. בשיטות המתוארות במאמר זה ניתן להכליל ויש ישימות רחבה, עוזר להקל על הפיתוח של סקרים מבוססת תמונה יותר. ליתר דיוק, ההליכים להראות כמה תוצאות יכול לשמש כדי לייצר נתוני כדי לסייע לנהל sessile יצורים חסרי חוליות (בטבלאות 1-2) ותורמים להבנה רחבה יותר של הסביבה הימית7,9,10 ,11,12,13,14,15.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

תודה אל התלמידים, צוות, קפטנים, קרוז שהפליג על אלה מחקר טיולים ובעלי סיפק כלי שלהם. תודה Jaffarian ט לפיתוח התוכנית אוסף נתוני מעבדה, Electromechanica, inc. לפתח את שדה תוכנה וציוד, וכדי CVision ייעוץ לפיתוח התוכנית annotator תמונה. מימון סופק על ידי NOAA פרסים NA17NMF4540043, NA17NMF4540034 ו- NA17NMF4540028. הדיעות בזאת של המחברים, אינן משקפות בהכרח את הנופים של 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Stokesbury, K. D. E., O'Keefe, C. E., Harris, B. P. Fisheries Sea Scallop, Placopecten magellanicus. Scallops: Biology, Ecology, Aquaculture, and Fisheries. Shumway, S., Parsons, G. J. , 3rd ed, Elsevier B.V. Amsterdam. (2016).
  2. NMFS (National Marine Fisheries Service). Fisheries Economics of the United States, 2015. , U.S. Dept. of Commerce, NOAA Tech Memo. NMFS-F/SPO-170 (2015).
  3. Stokesbury, K. D. E., Himmelman, J. H. Spatial distribution of the giant scallop Placopecten magellanicus in unharvested beds in the Baie des Chaleurs, Québec. Mar. Ecol. Prog. Ser. 96, 159-168 (1993).
  4. Stokesbury, K. D. E., Himmelman, J. H. Examination of orientation of the giant scallop, Placopecten magellanicus, in natural habitats. Can. J. Zool. 73, 1945-1950 (1995).
  5. Stokesbury, K. D. E., Harris, B. P., Marino, M. C., Nogueira, J. I. Estimation of sea scallop abundance using a video survey in off-shore USA waters. J. Shellfish Res. 23, 33-44 (2004).
  6. Malloy, R. Jr, Bethoney, N. D., Stokesbury, K. D. E. Applying dredge and optical methods to compare sediment classification and size frequency of the sea scallop (Placopecten magellanicus). J. Shellfish Res. 34 (2), 657 (2015).
  7. Bethoney, N. D., Zhao, L., Chen, C., Stokesbury, K. D. E. Identification of persistent benthic assemblages in areas with different temperature variability patterns through broad-scale mapping. PLoS ONE. 12 (5), e0177333 (2017).
  8. NEFSC (Northeast Fisheries Science Center). Stock assessment for Atlantic sea scallops in 2014. 59th Northeast Regional Stock Assessment Workshop (59th SAW) Assessment Report. , U.S. Dept. of Commerce. NEFSC Ref. Doc. 14-09 (2010).
  9. MacDonald, A. M., Adams, C. F., Stokesbury, K. D. E. Abundance estimates of skates (Rajidae) on the continental shelf of the northeastern USA using a video survey. Trans. Am. Fish. Soc. 139, 1415-1420 (2010).
  10. Marino, M. C. II, Juanes, F., Stokesbury, K. D. E. Effect of closed areas on populations of sea star Asterias spp. On Georges Bank. Mar. Ecol. Prog. Ser. 347, 39-49 (2007).
  11. Marino, M. C. II, Juanes, F., Stokesbury, K. D. E. Spatio-temporal variations of sea star Asterias spp. distributions between sea scallop Placopecten magellanicus beds on Georges Bank. Mar. Ecol. Prog. Ser. 382, 59-68 (2009).
  12. Rosellon-Druker, J. Describing echinoderm (Echinodermata) populations on Georges Bank and evaluating direct and indirect effects of marine protected areas on these populations. , University of Massachusetts Dartmouth. Ph.D thesis (2016).
  13. Stokesbury, K. D. E., Harris, B. P. Impact of limited short-term sea scallop fishery on epibenthic community of Georges Bank closed areas. Mar. Ecol. Prog. Ser. 307, 85-100 (2006).
  14. Harris, B. P., Stokesbury, K. D. E. The spatial structure of local surficial sediment characteristics on Georges Bank, USA. Cont. Shelf. Res. 30, 1840-1853 (2010).
  15. Harris, B. P., Cowles, G. W., Stokesbury, K. D. E. Surficial sediment stability on Georges Bank in the Great South Channel and on eastern Nantucket Shoals. Cont. Shelf. Res. 49, 65-72 (2012).
  16. Anderson, S. C., Mills-Flemming, J., Watson, R., Lotze, H. K. Rapid Global Expansion of Invertebrate Fisheries: Trends, Drivers, and Ecosystem Effects. PLoS ONE. 6 (3), e14735 (2011).
  17. Murphy, H. M., Jenkins, G. P. Observational methods used in marine spatial monitoring of fishes and associated habitats: A review. Mar. Freshw. Res. 61, 236-252 (2010).
  18. Monk, J. How long should we ignore imperfect detection of species in the marine environment when modelling their distribution. Fish. Fish. 15, 352-358 (2014).
  19. O'Keefe, C. E., Carey, J. D., Jacobson, L. D., Hart, D. R., Stokesbury, K. D. E. Comparison of scallop density estimates using the SMAST scallop video survey data with a reduced view field and reduced counts of individuals per image. Appendix 3. 50th Northeast Regional Stock Assessment Workshop (50th SAW) Assessment Report. , U.S. Dept. of Commerce. NEFSC Ref. Doc. 10-17 (2010).
  20. Cochran, W. G. Sampling Techniques. 3rd ed. , John Wiley & Sons. New York. (1977).
  21. NEFMC. Final Framework 28 to the Atlantic Sea Scallop Fishery Management Plan with Environmental Assessment, Regulatory Impact Review, and Regulatory Flexibility Analysis. , Newburyport, MA. Available from: http://www.nefmc.org/scallops/index.html (2017).
  22. Yochum, N., DuPaul, W. D. Size-selectivity of the northwest Atlantic sea scallop (Placopecten magellanicus) dredge. J. Shellfish Res. 27, 265-271 (2008).
  23. Brand, A. R. Scallop ecology: distributions and behaviour. Scallops: biology, ecology and aquaculture. Shumway, S. , Elsevier B.V. Amsterdam. (1991).
  24. Krebs, C. J. Ecological Methodology. , Harper & Row Publishers Inc. New York. (1989).
  25. Stokesbury, K. D. E. Estimation of sea scallop, Placopecten magellanicus, abundance in closed areas of Georges Bank. Trans. Am. Fish. Soc. 131, 1081-1092 (2002).
  26. Adams, C. F., Harris, B. P., Stokesbury, K. D. E. Geostatistical comparison of two independent video surveys of sea scallop abundance in the Elephant Trunk Closed Area, USA. ICES J Mar Sci. 65, 995-1003 (2008).
  27. NEFMC. Final Framework 27 to the Atlantic Sea Scallop Fishery Management Plan with Environmental Assessment, Regulatory Impact Review, and Regulatory Flexibility Analysis. , Newburyport, MA. Available from: http://www.nefmc.org/scallops/index.html (2016).
  28. CIE (Center for Independent Experts). Individual Peer Review Report. Review of Sea Scallop Survey Methodologies and their Integration for Stock Assessment and Fishery Management. , New England Fisheries Science Center Scallop Survey Methods Peer Review Meeting 17-19 March 2015, New Bedford, MA (2015).
  29. NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Research Set-Aside Program. , Available from: https://www.nefsc.noaa.gov/coopresearch/rsa_program.html (2017).
  30. Marino, M. C. II, O'Keefe, C. E., Jacobson, L. D. Selectivity and efficiency of large camera video data from the SMAST video survey during 2003 - 2006: Appendix B7. 45th Northeast Regional Stock Assessment Workshop (45th SAW) Assessment Report. , U.S. Dept. of Commerce. NEFSC Ref. Doc. 07-16 (2007).
  31. Chang, J., Hart, D. R., Shank, B. V., Gallagher, S. M., Honig, P., York, A. D. Combining imperfect automated annotations of underwater images with human annotations to obtain precise and unbiased population estimates. Methods Oceanogr. 17, 169-186 (2016).
  32. Hennen, D. R., Hart, D. R. Shell height-to-weight relationships for Atlantic sea scallops (Placopecten magellanicus) in offshore U.S. waters. J. Shellfish Res. 31 (4), 1133-1144 (2012).
  33. Jacobson, L. D., et al. Measurement errors in body size of sea scallops (Placopecten magellanicus) and their effect on stock assessment models. Fish. Bull. 108, 233-247 (2010).
  34. Mallet, D., Pelletier, D. Underwater video techniques for observing coastal marine biodiversity: A review of sixy years of publications (1952-2012). Fish. Res. 154, 44-62 (2014).

Tags

מדעי הסביבה גיליון 137 מדעי הסביבה אקולוגיה ימית חלוצת Placopecten magellanicus מחקר פעולה ניהול משאבים הדמיה מתחת למים
שיטות מבוססות-תמונה סקרים Macroinvertebrates בנתיק ואת הגידול שלהם כשניסחתי את הסקר המצלמה טיפה על צדפת הים האטלנטי
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter