水中ステレオ ビデオのツールを使用して魚の密度を定量化する新方式の開発
Summary
魚を数えると相対的な豊かさ (MaxN) とステレオ カメラ システムを回転を使用して魚の密度推定の新しい手法について述べる。我々 は、種特異的な検出能を推定するカメラ (Z 距離) からの距離を使用する方法も示します。
Abstract
魚の生態学的研究のカメラ システムの使用は、魚の長さを測定し推定魚量の実行可能な非抽出方法としてトラクションを得るために続けています。我々 は開発し、固定カメラ ツールと比較してサンプリングの努力を最大化するサンプリングの完全な 360 度をカバーする回転ステレオ ビデオ カメラ ツールを実装しました。魚の高精度で正確な測定を取得する静的なステレオ カメラ システムの能力の詳細な研究のさまざまなここでの焦点は回転カメラ システムを使用して魚の密度を数値化する方法論的アプローチの開発にあった。最初のアプローチは、MaxN は、保守的な魚数の最小数は、通常観察のカメラ調査にメトリックの変更を開発することでした。我々 は MaxN に最大魚観察カメラ システムの任意の特定の回転数を再定義します。ダブル カウントを避けるために予防措置を MaxN のこのメソッド可能性があります真の豊かさをより正確に反映固定カメラから得られるもの。第二に、ステレオ ビデオでは、魚を三次元空間にマッピングすることができます、ためには、それぞれの魚のカメラからの距離の正確な見積もりを取得できます。種特異的な地域調査を確立するカメラからの観測距離の 95% パーセン タイルを使用して、我々 は種は最大距離を用いた密度推定を希釈を回避しながら種の中で能の違いを考慮します。観察。能のこの範囲のための会計は魚元素を正確に推定するため重要です。この方法は応用科学と管理コンテキストの両方でステレオ ビデオ ツールを回転の統合を容易にするため。
Introduction
米国太平洋沿岸に沿う商業とレクリエーション鱈漁業 (例えば、複雑なロックフィッシュ (メバル属) とアイナメ (Ophiodon イネカメムシ)) に重要な種の多くは強く関連付けられて高浮彫、固い底生息地1,2,3,4,5。ステレオ ビデオ ドロップ カメラは、相対的な容易さと操作の簡単さのため岩が多い生息地で使用する魅力的な非抽出ツールです。様々 なステレオ ビデオ カメラ システムを開発し、-南半球、浅海生態系6,7,8,9,10で展開し、最近では、ビデオカメラ ドロップは太平洋沿岸11,12,13に沿って深層水岩礁域環境管理ツールとしてトラクションを得ています。我々 はより効率的に中央太平洋沿岸 (のテーブルを参照に沿う高救済海底の魚の個体数を特徴付けるためステレオ ビデオ カメラ システム (以下「ランダー」と呼ばれる) を使用してこれら既存のステレオ カメラのデザインを変更しよう材料)。カメラはドロップ場所14で海底の範囲の完全な 360 ° の許可、中央回転のバーに取り付けられていたために使用ランダー既存ビデオ システムよりも違いました。着陸機は、毎分、私たちは急速に豊かさと地域のコミュニティ構成の特徴し、少ないランダー展開と統計的検出力の同じレベルを達成するために完全な 1 回転を完了しました。(着陸構成の仕様に詳しくのスター (2016)14を参照)。私たちの調査でのカメラの回転を 8 種の豊富さと豊かさの特性を十分研究システムの予備実験が示唆。この決定は長い滴以上の種の豊富さと魚密度逓減の観察によって作られました。生態系/調査種の最適な浸漬時間を決定する新しいシステムでより長い浸漬時間を含む試験を実施することをお勧めします。
ペアのステレオ カメラを用いた調査面積両方と絶対魚密度を計算できます各ビデオの調査;しかし、カメラの回転の使用は、伝統的なフィッシュ カウント ・ メトリックの変更を必要とします。静止ビデオ システムは最もよく展開6,10魚の保守的な数として”MaxN”を使用します。伝統的な MaxN では、ダブル カウントが残っているし、フレームに戻って魚を避けるために 1 つのビデオ フレームで一緒に観察された特定種の魚の最大数について説明します。MaxN に存在する知られている魚の最小の数の見積もりをされているため、真魚豊富な6,10を過小評価する可能性があります。MaxN メトリックは、各カメラの回転で見られる魚の最大数を表すに定義されました。
前のステレオ ビデオのメソッドに 2 番目の変更だったという事実のための様々 なサイズ、色、その種を考慮して形状が確実な同定の別の最大距離を持っています。たとえば、 o. イネカメムシなど大型種独特の細長い形をしている、Squarespot メバル (メバル hopkinsi) など小さなと不可解な種と比較してはるかに大きい距離で確実に識別できます。能の最大範囲が異なるこれらそれぞれの種の着陸によってサンプリングされた効果的なエリアを変更します。ステレオ カメラを高精度 3 次元空間ですべての魚を置くことができる、ため 1 つは各魚がカメラからの距離を判断できます (すなわち、「Z 距離」、「z 軸」である名前を測定カメラの直線に垂直)。それぞれの種のすべての個人の 95%、(以下「95% Z 距離」) が観察された距離は調査領域の半径と考えられたし、調査対象総面積の計算に使用されました。種特異的な特性に加えて水濁度といった環境条件によって性が損なわれます。これらの要因は、時間と空間で異なりますので集計にのみ 95 %z 統計量を使用することが重要です。大型サンプルの高精度なできないが、任意の 1 つの個々 の調査は調査地で異なる場合があります。
下記プロトコルを作成し、これらの統計情報を使用する方法について説明します。フォーカスだった太平洋沿岸に沿う岩が多い生息地深海を特徴付けるが、変更された MaxN カウントの方法論は任意回転ドロップ カメラ システムへの適用が容易。魚類個体群の特性評価に必要なカメラの回転数は、地域の生態系のダイナミクスに依存が、変更された MaxN の概念は同じになります。同様に、ステレオ ビデオを分析する 3 D 写真測量ソフトを用い, に対し記載テクニックが簡単に適用ソフトウェア プラットフォーム間で三次元空間での魚の正確な位置は可能な限り。また、95 %z 距離の値を適用するアプローチと言える将来的にステレオ カメラ検出能の種特異的な範囲を考慮して、魚量をより正確に計算すると研究。
Protocol
Representative Results
Discussion
伝統的な MaxN メトリック個人の調査中に存在の保証の最小数を数えるという前提です。魚数が 1 つのビデオ フレームで同時に表示されている場合、すべてが少なく、現在、できませんが、1 つのビデオ フレームの中に同時にすべての個人を見て可能性が低い魚は不均一分散であるため.したがって、伝統的な MaxN が真魚豊富な16,17を過小評価する可?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、自然保護と民間のドナー、リソース遺産基金、ゴードンとベティ ・ ムーア財団、環境防衛基金、カリフォルニア州海グラント プログラム、NMFS 国立共同研究プログラムと、NOAA によって賄われていたケネディはグラント #13-SWR-008。海洋応用研究と探査 (Dirk ローゼン リック Botman、アンディ ・ Lauerman、デビッド ・ ジェフリーズ) 開発され、構築、ランダー ビデオツールを維持します。ジム シーガーと SeaGIS™ のソフトウェアのテクニカル サポートに感謝いたします。大尉および商業漁師ティム Maricich とクルー オンボード 2012-2015 からランダーを展開する F/Vドナ キャスリーン提供サポート。すべてのビデオのデータ収集または分析 (アン Tagini、ドナ · クライン、中尉アンバー ペイン、ブライオン ダウニー、魔理沙のポンテ、レベッカ ・ ミラー、マット メリフィールド、ウォルター Heady、スティーブ Rienecke、EJ ディック、ジョン ・ フィールド) に参加した人に感謝します。
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
- Love, M. S., Yoklavich, M. M., Thorsteinson, L. K. . The Rockfishes of the Northeast Pacific. , (2002).
- Laidig, T. E., Watters, D. L., Yoklavich, M. M. Demersal fish and habitat associations from visual surveys on the central California shelf. Estuar. Coast. Shelf Sci. 83 (4), 629-637 (2009).
- Anderson, T. J., Yoklavich, M. M. Multiscale habitat associations of deepwater demersal fishes off central California. Fish. Bull. 105 (2), 168-179 (2007).
- Yoklavich, M. M., Cailliet, G. M., Sullivan, D. E., Lea, R. N., Love, M. S. Habitat associations deep-water rockfishes a submarine canyon an example of a natural refuge. Fish. Bull. 98 (3), 625-641 (2000).
- . . Status of the Pacific Coast Groundfish Fishery, Stock Assessment and Fishery Evaluation. , (2016).
- Cappo, M., Harvey, E., Malcolm, H., Speare, P., Beumer, J. P., Grant, A., Smith, D. C. Potential of video techniques to monitor diversity, abundance and size of fish in studies of marine protected areas. Aquatic protected areas- What works best and how do we know. , 455-464 (2003).
- McLean, D. L., Green, M., Harvey, E. S., Williams, A., Daley, R., Graham, K. J. Comparison of baited longlines and baited underwater cameras for assessing the composition of continental slope deepwater fish assemblages off southeast Australia. Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 98, 10-20 (2015).
- Parker, D., Winker, H., et al. Insights from baited video sampling of temperate reef fishes: How biased are angling surveys. Fish. Res. 179, 191-201 (2016).
- Boutros, N., Shortis, M. R., Harvey, E. S. A comparison of calibration methods and system configurations of underwater stereo-video systems for applications in marine ecology. Limnol. Oceanogr. Methodss. 13 (5), 224-236 (2015).
- Harvey, E. S., Cappo, M., Butler, J. J., Hall, N., Kendrick, G. A. Bait attraction affects the performance of remote underwater video stations in assessment of demersal fish community structure. Mar. Ecol. Prog. Ser. 350, 245-254 (2007).
- Watson, J. L., Huntington, B. E. Assessing the performance of a cost-effective video lander for estimating relative abundance and diversity of nearshore fish assemblages. J. Exp. Mar. Bio. Ecol. 483, 104-111 (2016).
- Easton, R. R., Heppell, S. S., Hannah, R. W. Quantification of Habitat and Community Relationships among Nearshore Temperate Fishes Through Analysis of Drop Camera Video. Mar. Coast. Fish. 7 (1), 87-102 (2015).
- Hannah, R. W., Blume, M. T. O. Tests of an experimental unbaited video lander as a marine fish survey tool for high-relief deepwater rocky reefs. J. Exp. Mar. Bio. Ecol. 430, 1-9 (2012).
- Starr, R. M., Gleason, M. G., et al. Targeting Abundant Fish Stocks while Avoiding Overfished Species: Video and Fishing Surveys to Inform Management after Long-Term Fishery Closures. Plos One. 11 (12), 0168645 (2016).
- Love, M. S. . Certainly more than you want to know about the fishes of the Pacific Coast: a postmodern experience. , (2011).
- Campbell, M. D., Pollack, A. G., Gledhill, C. T., Switzer, T. S., DeVries, D. A. Comparison of relative abundance indices calculated from two methods of generating video count data. Fish. Res. 170, 125-133 (2015).
- Cappo, M., Speare, P., De’ath, G. Comparison of baited remote underwater video stations (BRUVS) and prawn (shrimp) trawls for assessments of fish biodiversity in inter-reefal areas of the Great Barrier Reef Marine Park. J. Exp. Mar. Bio. Ecol. 302 (2), 123-152 (2004).
- Schobernd, Z. H., Bacheler, N. M., Conn, P. B., Trenkel, V. Examining the utility of alternative video monitoring metrics for indexing reef fish abundance. Can. Jour. Fish. Aquat. Sci. 71 (3), 464-471 (2014).
- Hansen, M. J., Schorfhaar, R. G., Selgeby, J. H. Gill-Net Saturation by Lake Trout in Michigan Waters of Lake Superior. North Am. J. Fish. Manag. 18 (4), 847-853 (1998).
- Dauk, P. C., Schwarz, C. J. Catch estimation in the presence of declining catch rate due to gear saturation. Biometrics. 57 (1), 287-293 (2001).
- Hilborn, R., Walters, C. J. . Quantitative Fisheries Stock Assessment Choice, Dynamics and uncertainty. , (1992).
- Erisman, B. E., Allen, L. G., Claisse, J. T., Pondella, D. J., Miller, E. F., Murray, J. H. The illusion of plenty: hyperstability masks collapses in two recreational fisheries that target fish spawning aggregations. Can. Jour. Fish. Aquat. Sci. 68, 1705-1716 (2011).
- Buckland, S. T., Anderson, D. R., Burnham, K. P., Laake, J. L. . Distance Sampling: Estimating abundance of biological populations. , (1993).
- Ronconi, R. A., Burger, A. E. Estimating seabird densities from vessel transects: Distance sampling and implications for strip transects. Aquat. Bio. 4 (3), 297-309 (2008).
- Caselle, J. E., Rassweiler, A., Hamilton, S. L., Warner, R. R. Recovery trajectories of kelp forest animals are rapid yet spatially variable across a network of temperate marine protected areas Recovery trajectories of kelp forest animals are rapid yet spatially variable across a network of temperate marine protected. Nat. Publ. Gr. , 1-14 (2015).
- Starr, R. M., Wendt, D. E., et al. Variation in Responses of Fishes across Multiple Reserves within a Network of Marine Protected Areas in Temperate Waters. Plos One. 10 (3), 0118502 (2015).
- Lester, S., Halpern, B., et al. Biological effects within no-take marine reserves: a global synthesis. Mar. Ecol. Prog. Ser. 384, 33-46 (2009).
