Sviluppo di nuovi metodi per quantificare la densità di pesce utilizzando strumenti di Stereo-video subacquei
Summary
Descriviamo un nuovo metodo per contare i pesci e la stima relativa abbondanza (MaxN) e densità di pesce utilizzando sistemi stereo-videocamera di rotazione. Inoltre dimostriamo come utilizzare distanza dalla fotocamera (Z distanza) per stimare la rilevabilità specie-specifici.
Abstract
L’uso di sistemi di videocamera in studi ecologici di pesce continua a guadagnare trazione come un metodo praticabile, non estrattivi di lunghezze di pesce misura e stima abbondanza di pesce. Abbiamo sviluppato e implementato uno strumento rotante di stereo-videocamera che copre a 360 gradi del campionamento, che massimizza lo sforzo di campionamento rispetto agli strumenti di telecamera fissa. Vari studi hanno dettagliato la capacità dei sistemi statici, stereo-fotocamera per ottenere misurazioni altamente accurati e precisi di pesce; il fuoco qui è stato sullo sviluppo di approcci metodologici per quantificare la densità di pesce utilizzando sistemi rotanti di macchina fotografica. Il primo approccio era quello di sviluppare una modificazione della metrica MaxN, che in genere è un conservatore conteggio del numero minimo di pesci osservati su un’indagine della camera. Ridefiniamo MaxN per essere il numero massimo di pesci osservata in qualsiasi rotazione specificata del sistema di telecamere. Quando vengono prese precauzioni per evitare il doppio conteggio, questo metodo per MaxN può riflettere più accuratamente la vera abbondanza di quella ottenuta da una telecamera fissa. In secondo luogo, perché stereo-video permette di pesce deve essere mappato nello spazio tridimensionale, una stima precisa della distanza dalla fotocamera può essere ottenuta per ogni pesce. Utilizzando il percentile 95% della distanza osservata dalla fotocamera per istituire aree specifici della specie censite, si tiene conto di differenze di rilevabilità tra specie, evitando di diluire le stime di densità utilizzando la distanza massima che era di una specie osservato. Contabilità per questa gamma di rilevabilità è fondamentale per stimare con precisione le abbondanze di pesce. Questa metodologia faciliterà l’integrazione di strumenti stereo-video nella scienza applicata e contesti di gestione a rotazione.
Introduction
Lungo la costa del Pacifico degli Stati Uniti, molte delle specie importanti alla pesca commerciale e ricreativa demersali (ad es., la scorpena complesse (Sebastes spp.) e Lingcod (Ophiodon elongatus)) sono fortemente associati con habitat di alto rilievo, fondo duro1,2,3,4,5. Goccia di stereo-video telecamere è uno strumento attraente non estrattivo da utilizzare in habitat rocciosi a causa della relativa facilità e semplicità di funzionamento. Una varietà di sistemi stereo-videocamera sia stato sviluppato e distribuito nell’emisfero australe, acque poco profonde ecosistemi6,7,8,9,10, e Recentemente, goccia-telecamere video hanno guadagnato trazione come strumento di gestione per gli ambienti di reef roccioso di acque profonde lungo la costa del Pacifico11,12,13. Abbiamo cercato di modificare questi disegni di stereo-fotocamera esistenti utilizzando un sistema stereo-videocamera (in appresso denominato “Lander”) per caratterizzare in modo più efficiente le popolazioni di pesci in altorilievo fondali lungo la costa centrale del Pacifico (Vedi tabella di Materiali). Il Lander usato era diverso rispetto ai sistemi video esistenti perché telecamere sono stati montati in un bar centrale rotante, che ha permesso per un 360° pieno di copertura del fondo marino alla goccia posizione14. Il Lander completato un giro completo al minuto, che ci ha permesso di caratterizzare l’abbondanza e la composizione della comunità di un’area rapidamente e raggiungere lo stesso livello di potenza statistica con meno distribuzioni di Lander. (Vedi Starr (2016)14 per maggiori dettagli sulle specifiche della configurazione del Lander). Prove preliminari del sistema di studio ha suggerito che otto rotazioni delle telecamere ai nostri sondaggi erano sufficienti per caratterizzare la ricchezza e l’abbondanza di specie. Questa determinazione è stata effettuata tramite un’osservazione dei rendimenti decrescenti in abbondanza di specie e densità di pesce sopra gocce più a lungo. Si consiglia di che uno studio pilota, tra cui tempi di ammollo condotte in qualsiasi nuovo sistema per determinare il tempo di immersione ottimale per una specie di dato ecosistema/Studio.
Utilizzando telecamere stereo accoppiati, entrambi totale area di indagine e densità assoluta pesce può essere calcolato per ogni sondaggio dei video; Tuttavia, l’uso di telecamere a rotazione ha reso necessaria la modifica di pesce tradizionale conteggio metriche. Sistemi stazionari di video utilizzano più spesso “MaxN” come una conservatore Conte di pesci su una distribuzione6,10. MaxN tradizionale viene descritto il numero massimo di pesci di una data specie osservata insieme in un singolo fotogramma video, al fine di evitare il doppio conteggio un pesce che ha lasciato e siamo tornati al telaio. MaxN è stata quindi una stima del numero minimo di pesce conosciuto per essere presente e può sottostimare il pesce vero abbondanza6,10. La metrica MaxN è stata ridefinita per rappresentare il maggior numero di pesci visti in ogni rotazione completa delle telecamere.
La seconda modifica ai precedenti metodi video stereo doveva rappresentare il fatto che le specie di varie dimensioni, colore, e forme hanno differenti distanze massime di identificazione affidabile. Ad esempio, specie di grandi dimensioni ad esempio o. elongatus hanno una forma allungata distinta e possono essere identificati attendibilmente a distanze molto maggiori rispetto alle specie piccole e criptico come il Squarespot Rockfish (Sebastes hopkinsi). Queste diverse gamme massime di rilevabilità cambiano zona efficace campionata mediante il Lander per ciascuna specie. Perché le telecamere stereo permettono di posizionare ogni pesce in uno spazio tridimensionale con un alto grado di precisione, si può determinare la distanza dalle telecamere che ogni pesce è stato misurato (vale a dire, la “distanza Z”, denominato per l’asse “z” che è perpendicolare alla linea retta tracciata tra le telecamere). Per ciascuna specie, la distanza entro il quale il 95% di tutti gli individui sono stati osservati (in appresso “distanza 95% Z”) è stata considerata come il raggio dell’area di indagine ed è stata usata per calcolare l’area totale intervistato. Oltre alle caratteristiche specie-specifiche, identificabilità saranno influenzate dalle condizioni ambientali come torbidità dell’acqua. Poiché questi fattori possono variare nel tempo e nello spazio, è importante usare la statistica del 95% Z solo in forma aggregata. Mentre sarà altamente accurata per grandi campioni, qualsiasi un’indagine individuale può variare nell’area esaminata.
Il protocollo descritto di seguito vengono fornite indicazioni su come creare e utilizzare queste metriche. Anche se il fuoco era di caratterizzare acque profonde habitat rupestre lungo la costa del Pacifico, la metodologia descritta per modificate MaxN conteggio è facilmente applicabile a qualsiasi sistema di goccia-fotocamera rotante. Il numero di rotazioni fotocamera necessarie per caratterizzare popolazioni ittiche dipenderà molto dinamica degli ecosistemi locali, ma la concettualizzazione della modificate MaxN rimarrà la stessa. Allo stesso modo, considerando che abbiamo usato software di fotogrammetria 3D per analizzare video stereo, le tecniche descritte nel presente documento sono facilmente applicate di piattaforme software, purché la posizione precisa del pesce nello spazio tridimensionale è possibile. Inoltre, l’approccio di applicare un valore di 95% Z distanza potrebbe essere considerato in futuro studi con stereo-telecamere per conto per specie-specifici intervalli di rilevabilità e calcolare con maggiore precisione abbondanza di pesce.
Protocol
Representative Results
Discussion
La metrica MaxN tradizionale si basa sull’idea di contare un numero minimo garantito di individui presenti durante l’indagine. Se un certo numero di pesci visibili simultaneamente in un singolo fotogramma, non può esserci alcun meno presente, ma poiché i pesci sono mobili e distribuite in modo eterogeneo, la probabilità di vedere contemporaneamente tutti gli individui durante un singolo fotogramma del video è bassa . È quindi probabile che tradizionale MaxN sottovaluta pesce vero abbondanza16…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato finanziato dal The Nature Conservancy e donatori privati, risorse Legacy Fund Foundation, Gordon e Betty Moore Foundation, Environmental Defense Fund, California Sea Grant Program, il programma nazionale della ricerca cooperativa NMFS e un NOAA Saltonstall-Kennedy Grant #13-SWR-008. Marino ricerca applicata e esplorazione (Dirk Rosen, Rick Botman, Andy Lauerman e David Jefferies) sviluppato, costruito e mantenuto il video strumento di Lander. Desideriamo ringraziare Jim Seager e SeaGIS™ software per il supporto tecnico. Capitano e pescatore commerciale Tim Maricich e membri dell’equipaggio a bordo il supporto di F/V Donna Kathleen fornito in distribuzione il Lander da 2012-2015. Grazie a tutti coloro che hanno partecipato nella raccolta di dati video o analisi (Anne Tagini, Donna Kline, lt. Amber Payne, Bryon Downey, Marisa Ponte, Rebecca Miller, Matt Merrifield, Walter Heady, Steve Rienecke, EJ Dick e John Field).
Materials
| calibration cube | SeaGIS | http://www.seagis.com.au/hardware.html | 1000x1000x500 mm is the preferred dimensions. Other methods of calibration are available. |
| CAL calibration software | SeaGIS | http://www.seagis.com.au/bundle.html | |
| EventMeasure stereo measurement software | SeaGIS | http://www.seagis.com.au/event.html | |
| Statistical software | R Core Team 2017 (v. 3.4.0) | Bootstrapping code can be found: https://github.com/rfields2017/JoVE-Bootstrap-Function | |
| Spreadsheet Software | Microsoft Excel | ||
| 2 waterproof cameras | Deep Sea Power and Light | HD quality preferred | |
| 2 depth rated, waterproof lights | Deep Sea Power and Light : 3000 lumen LED with 5000k color temperature | ||
| DVR recorder | Stack LTD DVR | ||
| standard PC | Windows 10 preferred OS | ||
| rotating Lander platform | Marine Applied Research and Engineering (MARE) |
References
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