פיתוח שיטות חדשות לכימות תנועת הדגים בצפיפות בכלים סטריאו-וידאו תת-מימי
Summary
אנו מתארים שיטה חדשה כולל דגים, אומדן השפע היחסי (MaxN) וצפיפות דגים באמצעות סיבוב מערכות סטריאו-וידאו מצלמה. גם נדגים כיצד להשתמש במרחק מהמצלמה (מרחק Z) כדי להעריך detectability תלויי מין.
Abstract
השימוש במערכות מצלמת וידאו במחקרים אקולוגיים של דגים ימשיך לתוכניותיך כשיטה מעשית, שאינם תעשיית הכרייה של מדידה אורכים דגים ושפע דגים הערכה. אנחנו פיתח, ליישם כלי מצלמת וידאו סטריאו מסתובב מכסה מלא של 360 מעלות של הדגימה, פטנטי מאמץ הדגימה בהשוואה לכלים נייח המצלמה. מגוון רחב של מחקרים יש מפורט את היכולת של מערכות סטטיות, סטריאו-מצלמה כדי לקבל מדידות ומדויקים מאוד של דגים; במוקד הדיון כאן היה על הפיתוח של גישות מתודולוגיים לכמת צפיפות הדגים באמצעות מערכות המצלמה מסתובבת. הגישה הראשונה הייתה לפתח שינוי של מדד MaxN, אשר בדרך כלל הוא ספירה השמרני של המספר המינימלי של דגים מובחנים סקר המצלמה נתון. אנו מגדירים מחדש MaxN להיות המספר המרבי של דגים נצפו כל סיבוב נתון של מערכת המצלמה. כאשר אמצעי זהירות נלקחים כדי מנייה כפולה, שיטה זו עבור MaxN עשוי לשקף באופן מדויק יותר שפע אמיתי מזה המתקבל מצלמה קבועה. שנית, משום סטריאו-video מאפשר דגים כדי להיות ממופה במרחב תלת-ממדי, ניתן לקבל הערכות מדויקות של המרחק-מן-המצלמה עבור כל דג. באמצעות את אחוזון 95% של המרחק שנצפה מהמצלמה להקים אזורי תלויי מין שנסקרו, איננו מתחשבים ההבדלים detectability בין מינים תוך הימנעות דילול בצפיפות הערכות באמצעות המרחק המקסימלי שהיה זן נצפתה. הנהלת חשבונות עבור טווח זה של detectability הוא קריטי כדי לאמוד במדויק דגים abundances. מתודולוגיה זו יקל על השילוב של סיבוב כלי סטריאו-וידאו מדע שימושי והן ניהול הקשרים.
Introduction
לאורך החוף השקט בארה ב, רבים מהמינים חשובה הדיג המסחרי ובתחום הפנאי groundfish (למשל, שם מתחם (Sebastes spp.), Lingcod (Ophiodon elongatus)) משויכים מאוד בתי גידול תבליט, קשה-למטה1,2,3,4,5. מצלמות וידאו-סטריאו טיפה הינם כלי שאינו תעשיית הכרייה אטרקטיבי לשימוש בבתי גידול סלעיים בשל בקלות יחסית הפשטות של הפעולה. מגוון רחב של מערכות סטריאו-וידאו מצלמה פיתח ופרס מערכות אקולוגיות בחצי הכדור הדרומי, במים רדודים6,7,8,9,10, ו לאחרונה, טיפה-מצלמות וידאו השיגו המתיחה ככלי ניהול לסביבות רוקי-שונית במים עמוקים לאורך החוף השקט11,12,13. חיפשנו לשנות עיצובים קיימים אלה סטריאו-המצלמה באמצעות מערכת סטריאו-וידאו מצלמה (ןלהל “לנדר”) לאפיין בצורה יעילה יותר אוכלוסיות דגים בתבליט seafloors לאורך החוף השקט המרכזי (ראה טבלה של חומרים). . הנחתת בשימוש היה שונה מאשר קיימות מערכות וידאו כי מצלמות רכוב לבר מסתובב במרכז, אשר איפשרה-360 ° של כיסוי של קרקע-מיקום ירידה14. . הנחתת השלים סיבוב מלא אחת לדקה, אשר אפשרה לנו במהירות לאפיין את שפע והרכב הקהילה של אזור ולהשיג את אותה רמת עוצמה סטטיסטית עם פריסות הנחתת פחות. (ראה סטאר (2016)14 ביתר פירוט המאפיינים של תצורת לנדר). בדיקות ראשוניות במערכת המחקר הציע כי שמונה סבבים של המצלמות בסקרים שלנו היו מספיקות לאפיין מינים השפע והעושר. קביעה זו נעשתה על ידי תצפית של תפוקה שולית פוחתת ב שפע מינים וצפיפות דגים מעל עוד טיפות. אנו ממליצים כי מחקר פיילוט כולל פעמים להשרות יותר להתנהל בכל מערכת חדשה כדי לקבוע את זמן להשרות אופטימלית עבור זן האקולוגית נתון/לימוד.
באמצעות מצלמות סטריאו לזווג, שניהם סה כ סקר שטח, צפיפות הדגים מוחלט ניתן לחשב עבור כל סקר וידאו; עם זאת, השימוש של סיבוב מצלמות המתחייבות השינוי של מדדים ספירת דגים מסורתיות. מערכות וידאו נייח להשתמש לרוב “MaxN” ספירה השמרני של דגים על פריסה6,10. MaxN מסורתית מתאר את המספר המרבי של דגים-מין נתון נצפו יחד מסגרת וידאו אחת, כדי מנייה כפולה דג יש שמאל וחזרו מסגרת. MaxN לכן כבר הערכה של המספר המינימלי של דגים ידועה להיות נוכח, עלול להמעיט דג אמיתי שפע6,10. מדד MaxN הוגדר מחדש כדי לייצג את המספר הגדול ביותר של דגים אצל כל סיבוב מלא של המצלמות.
השינוי השני לשיטות הקודמות וידאו סטריאו היתה לקחת בחשבון העובדה כי מינים בגדלים שונים, צבע, ויש צורות שונות ממרחקים המרבי של זיהוי אמין. לדוגמה, מינים גדולים כגון O. elongatus יש צורה מוארכת ברורים, ניתן לזהות באופן אמין במרחקים גדולים הרבה יותר בהשוואה מינים קטן ונסתר כגון שם Squarespot (Sebastes hopkinsi). אלה שונים טווחי מרבי detectability לשנות האזור יעיל שנדגם על ידי. הנחתת עבור כל המינים. כי המצלמות סטריאו מאפשרים לנו למקם את כל דג מרחב תלת-ממדי עם רמה גבוהה של דיוק, ניתן לקבוע את המרחק מן המצלמות אשר כל דג היה נמדד (קרי, “מרחק Z,” בשם “ציר z” אשר בניצב לקו ישר נמשך בין המצלמות). עבור כל המינים, המרחק שבו נצפו 95% של כל האנשים (להלן “מרחק 95% Z”) נחשב הרדיוס של אזור הסקר, שימש לחישוב שטח שנסקרו. בנוסף מאפיינים תלויי מין, identifiability ייפגע על ידי תנאים סביבתיים כגון עכירות המים. כי גורמים אלה יכול להשתנות בזמן ובמרחב, חשוב להשתמש הנתון הסטטיסטי 95% Z בלבד במצטבר. בזמן זה יהיה מאוד מדויקת עבור מדגמים גדולים, סקר בודדים אחד עשוי להשתנות באזור שנסקרו.
פרוטוקול שיפורטו להלן מספק הדרכה כיצד ליצור ולהשתמש מדדים אלה. למרות שהמוקד היה לאפיין בית גידול סלעיים שמאכלסת לאורך החוף השקט, המתודולוגיה המתוארת לספירת MaxN ששונה ישימה ברצון לכל מערכת טיפה-המצלמה מסתובבת. מספר סבבים המצלמה צריכה לאפיון אוכלוסיות דגים יהיה תלוי dynamics האקולוגית המקומית, אך וימשיג MaxN ששונה יישאר זהה. באופן דומה, ואילו היינו תוכנה אורטופוטו תלת-ממד כדי לנתח וידאו סטריאו, מהטכניקות שתוארו בזאת בקלות מוחלים על פני פלטפורמות תוכנה, כל עוד המיקום המדויק. של דג בתוך מרחב תלת-ממדי אפשרית. בנוסף, הגישה של החלת ערך 95% Z מרחק יכול להיחשב בעתיד מחקרים עם סטריאו-מצלמות עבור טווחים ספציפית של detectability ו לחישוב מדויק יותר שפע דגים.
Protocol
Representative Results
Discussion
מדד MaxN מסורתיים המרקסיסטי מבוסס על הרעיון של ספירת מספר מינימלי מובטח של אנשים נוכחים במהלך סקר. אם מספר מסוים של דגים גלויים בו-זמנית בתוך מסגרת וידאו אחד, לא יכול להיות מתנה בכל פחות, אבל בגלל הדגים סלולרי והופץ heterogeneously, הסיכוי לראות את כל האנשים בו זמנית במהלך מסגרת וידאו אחת הוא נמוך . ל?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו מומן על ידי מוסד הטבע, תורמים פרטיים, קרן קרן המורשת משאבים, גורדון, קרן מור בטי, קרן הגנה סביבתית, קליפורניה ים גרנט תוכנית, התכנית המחקר NMFS קואופרטיב הלאומית של NOAA Saltonstall-קנדי גרנט #13-SWR-008 ימית למחקר יישומי וחקירה (רוזן דירק, ריק Botman, אנדי Lauerman, דוד Jefferies) שפותח, נבנה ומתוחזק הכלי הנחתת וידאו. אנו מודים ג’ים סיגר ותוכנות SeaGIS™ לקבלת תמיכה טכנית. קפטן, דייג מסחרי טים Maricich, צוות על הסיפון את התמיכה F/V דונה קתלין סיפק בפריסת את. הנחתת מ- 2012-2015. תודה לכל מי השתתף איסוף נתוני וידאו או ניתוח (אן Tagini, דונה קליין, סגן אמבר פיין, Bryon דאוני, מריסה פונטה, רבקה מילר, מאט מריפילד במרחק, וולטר Heady, סטיב Rienecke, EJ דיק ו ג’ון פילד).
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).
