Bild baserad lantmäteri är en allt mer praktiska, icke-invasiv metod för att smaka på den marina miljön. Vi presenterar en droppe kamera undersökning som uppskattar överflödet protokoll och distribution av den atlantiska hav pilgrimsmussla (musslan Placopecten magellanicus). Vi diskuterar hur detta protokoll kan generaliseras för applicering på andra bentiska macroinvertebrates.
Underwater imaging har länge använts inom marin ekologi men minskande kostnaderna för högupplösta kameror och datalagring har gjort metoden mer praktisk än tidigare. Image-baserad undersökningar möjliggöra Utfallsprover ses och är icke-invasiva jämfört med traditionella undersökningsmetoder som typiskt involverar nät eller skrapredskap. Protokoll för image-baserad undersökningar kan variera mycket men bör drivas av arter beteende och undersökning målen. För att demonstrera detta, beskriver vi våra senaste metoder för en Atlanten pilgrimsmussla (musslan Placopecten magellanicus) droppe kamera undersökning för att ge en procedurmässig exempel och representativa resultat. Förfarandet är uppdelad i tre kritiska steg som inkluderar undersökning design, datainsamling och dataprodukter. Påverkan av pilgrimsmussla beteende och undersökning målet att ge en oberoende bedömning av resursen USA havet pilgrimsmussla på förfarandet för undersökningen diskuteras i samband med att generalisera metoden. Övergripande, den breda tillämpbarhet och flexibilitet vid University of Massachusetts Dartmouth skola för marin vetenskap och teknik (SMAST) droppe kamera undersökning visar metoden kan generaliseras och tillämpas på en mängd fastsittande ryggradslösa djur eller Habitat inriktad forskning.
Den atlantiska hav pilgrimsmussla (musslan Placopecten magellanicus) är en marin tvåskaliga blötdjur som distribueras i hela nordvästra Atlanten från viken av St. Lawrence, Kanada till Cape Hatteras, North Carolina1kontinentalsockel. Havet pilgrimsmussla fisket i Förenta staterna har upplevt exempellös ökar i landningar och värde under de senaste femton åren och blivit en av landets högsta värdefulla fiske med landningar värt cirka 440 miljoner dollar i 20152. Trots denna ökning minskats pilgrimsmussla fiskeansträngningen avsevärt under de senaste 20 åren genom genomförande av ett system för rotation av området som syftar till att skydda områden med juvenil pilgrimsmusslor och fokusera fiske i områden med större pilgrimsmusslor i hög tätheter1. Denna styrmetod kräver rumsligt-specifik information om pilgrimsmussla täthet och storlek, som tillhandahålls av flera undersökningar inklusive University of Massachusetts Dartmouth skolan för marin vetenskap och teknik (SMAST) droppe kamera undersökning.
Målet med undersökningen SMAST släpp kameran är att tillhandahålla fiskeri resurshanterare, Marina forskare och fiskesamhällen med en oberoende bedömning av amerikanska havet pilgrimsmussla resursen och dess associerade livsmiljö. Undersökningen har utvecklats tillsammans med pilgrimsmussla fiskare och gäller quadrat urvalsmetoder baserat på dykning studier3,4. Inledande undersökningar i början av 2000-talet fokuserade på beräkna tätheten av sea kammusslor inom stängda delar av ett produktivt område av fisket kallas Georges Bank5, men undersökningen utökas för att täcka flesta av resursen pilgrimsmussla i amerikanska och kanadensiska vatten (≈100, 000 km2)6,7. Informationen från undersökningen har införlivas med pilgrimsmussla lager bedömningen genom lager bedömning Workshop processen och tillförlitligt tillhandahålls till New England fiskerirådet Management till stöd i årliga pilgrimsmussla skörd fördelning8. Dessutom har data från undersökningen SMAST släpp kameran bidragit på många olika sätt att förstå ekologi av icke-pilgrimsmussla arter7,9,10,11,12 och karakterisering av bentiska livsmiljö13,14,15. Denna breda tillämpbarhet visar metoden kan generaliseras och tillämpas på en mängd fastsittande ryggradslösa djur, potentiellt bidrar till att lindra problemet med utvidgningen av ryggradslösa fiske snabbare än den vetenskapliga kunskap och politik behövs för att framgångsrikt hantera dem16. Ytterligare, image-baserad provtagning är icke-invasiv jämfört med traditionella befolkningen provtagningsmetoder och alltmer prisvärt på grund att minska kostnaderna för högupplösta kameror och data lagring17,18. Här presenteras 2017 metoderna för undersökningen SMAST släpp kameran används för pilgrimsmussla management på den amerikanska delen av Georges Bank för att exemplifiera förfarandet. Vi diskutera logiken bakom detta förfarande till stöd i dess generalisering och tillämpning för andra fastsittande ryggradslösa djur.
Undersökning design protokollen är flexibel, men det är avgörande för att överväga målarten beteende och undersökning mål när generalisera dessa protokoll. Litteraturstudie och preliminära eller inledande studier kan användas att införliva målet arter beteende i undersökningens utformning. Mindre än en pilgrimsmussla i 12.5 m2 (0.08 pilgrimsmusslor/m2) är exempelvis nedanför hållbar yrkesfiske densitet23. Således genom provtagning fyra quadrats per station, är station prov området kopplat till att upptäcka pilgrimsmusslor på kommersiella densitet. Dessutom uppskattar hav pilgrimsmusslor är oftast samman i stället för att slumpmässigt fördelade på havsbotten, påverka hur station avstånd påverkar precisionen i densitet24. Flera studier med hjälp av medelvärdet och variansen data från inledande studier undersökt precision och avgöra att 5,6 km var maximalt avstånd stationerna bör placeras apart5,25,26. Systemiska provtagning utformningen av enkäten var influerad av undersökningen mål. Gränserna för zonerna SAMS ändra ofta och ofta efter undersökningar har genomfört21,27. Systemiska provtagning undviker det allvarliga problemet med efter stratifiering av gränser för rumsliga uppskattningar att effekterna stratifierat slumpmässigt eller optimalt tilldelade undersökning designar20. Enhetlig fördelning av stationer underlättar också upptäckt av nya pilgrimsmussla rekrytering och mappning havsbotten sediment och macroinvertebrate distributioner28. Den ett steg där det inte eventuellt att överväga målarter beteende och undersökning mål är identifiering av en survey fartyg, varför protokollet börjar med det här steget. Ett fartyg är viktigt till sjöss provtagning och dikterar efterföljande steg av undersökningen design. För våra protokoll var det viktigt att engagera kommersiella fisket att främja öppenhet i undersökningsmetoder och förtroende i undersökningsresultat. Använda kommersiella fiskefartyg var ett effektfullt sätt att inkludera industrin i våra metoder och storleken och kapaciteten hos de fartyg som tillåts för en stor, tung kamera apparatur och undersökning stationer som skall provtas inom behövs tidslinjen. Ytterligare, fartygsägare var ansvariga för alla kostnader i samband med fartygets användning och kompenserades genom en tilldelning av pilgrimsmussla pounds delas ut av National Oceanic and Atmospheric Administration genom Atlantic pilgrimsmussla arealuttag forskningsprogrammet 29. men det är inte nödvändigt att engagera industrin i undersökningar, storlek, kapacitet och kostnader tillgängliga fartyg måste beaktas innan utveckla andra aspekter av undersökningen design.
De data insamling och bearbetning aspekterna av protokollen presenterar den största fördelen, men också en begränsning av denna metod. Användningen av anpassad programvara och databaser för att kvantifiera data inom bilder kommer vid en betydande kostnad. Men användningen av dessa produkter av undersökningen SMAST släpp kameran är en utveckling av ett program som startade 1999 och är inte nödvändigt. Till exempel när programmet började, pilgrimsmussla räknas gjordes med papper och penna och fri programvara är nu tillgänglig att mäta inom bilder. Likaså valdes den nuvarande digital stillbildskameran som det kan upptäcka alla storleksklasser pilgrimsmusslor och tillåtet för cirka 200% förstoring utan förlust av bildkvalitet (figur 3), men lägre upplösning, billigare kameror användes tidigare i undersökningen kunde fullt upptäcka pilgrimsmusslor kommersiell storlek30. Som med protokoll som ingår i design av undersökningen, bör vilken typ av kamera kopplas till den upplösning som behövs för att upptäcka målarten och uppnå undersökning mål. Fånga bilder och videoinspelning vid varje station ger en betydande fördel över traditionella undersökningsmetoder genom tillhandahåller kontinuerlig möjligheten att återkomma prover och utöka analysen till taxa eller habitat egenskaper inte ursprungligen spåras eller uppräknade. Exempelvis bilder med sand dollars och andra tagghudingar ursprungligen noteras som närvarande eller frånvarande i databasen SMAST var revisited för att kvantifiera deras överflöd och biomassa genom tid12. Däremot prover från mer traditionella undersökningsmetoder såsom skrapredskap eller nät kasseras till sjöss och kan inte ses. De tekniska framsteg som möjliggör enorma mängder bilder tas och lagras kan dock resultera i miljontals bilder samlas med bara en bråkdel som utnyttjades. Detta är till stor del på grund av tids- och restriktioner som människor behövs för datautvinning och resultera i stora mängder outnyttjad information31. Framsteg inom automatiserad identifiering av djur och livsmiljö egenskaper kan bidra till att lösa denna gåta.
Bild baserad undersökningsmetoder kan ge uppgifterna som behövs för att övervaka macroinvertebrates och associerade livsmiljö, men komplettera de protokoll som beskrivs här med andra metoder att samla in biologiska prov är idealisk. Utan kammussla skal-höjd kött vikt förhållande, skapade dredge-baserade provtagning, skulle biomassa uppskattningar inte vara möjligt. Ytterligare, kammussla skal-höjd kött vikt förhållandet varierar med tid och plats på Georges Bank som visar att konsekvent uppdatering den ekvation som används för att beskriva denna relation är fördelaktigt32. Att kombinera bild och fysiska prov-baserade tekniker även stöd i att utforska fördomar och antaganden av varje metod. Mäta shell höjder av pilgrimsmusslor i drop Kamerabilder med bromsok kvantifierad mätfel är associerad med krökning av kameralinsen och avstånd från bilden center33. Omvänt, Parade jämförelser mellan bilder och muddra låter flytta har bidragit till att definiera vilken andelen pilgrimsmusslor på havsbotten samlas faktiskt och hur andelen ändras med pilgrimsmussla storlek6.
Underwater imaging har använts inom marin ekologi för årtionden17,34. Sjunkande kostnader för högupplösta kameror och datalagring har dock gjort tillvägagångssättet mer praktisk än tidigare. De metoder som beskrivs i detta dokument kan generaliseras och har bred tillämplighet, hjälper till att underlätta utvecklingen av mer bildbaserade undersökningar. Mer specifikt visar procedurerna hur resultaten kan användas för att producera data för att hjälpa hantera fastsittande ryggradslösa djur (tabellerna 1-2) och bidra till en bredare förståelse av havsmiljön7,9,10 ,11,12,13,14,15.
The authors have nothing to disclose.
Tack till elever, personal, kaptener och besättningar som seglade på dessa forskningsresor och ägare som gav sina fartyg. Tack till T. Jaffarian för att utveckla programmet lab data collection, Electromechanica, Inc. för att utveckla mjukvara i fält och utrustning, och till CVision Consulting för att utveckla programmet bild Beskriv. Finansieringen tillhandahölls av NOAA awards NA17NMF4540043, NA17NMF4540034 och NA17NMF4540028. De åsikter som uttrycks här är författarens och återspeglar inte nödvändigtvis åsikter 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 |