Yansıma tabanlı anketler bentik Macroinvertebrates ve onların oturmaya elverişli için Atlantik deniz tarak tarafından açılan kamera anket örneği için yöntemleri
Summary
Temel görüntü etüt deniz çevresinin örnek için giderek daha pratik, non-invaziv bir yöntemdir. Biz bereket tahminleri bir damla kamera anket Protokolü ve Atlantik deniz tarak (Placopecten magellanicus) dağılımı mevcut. Biz nasıl bu iletişim kuralı uygulama diğer bentik macroinvertebrates için genelleştirilmiş tartışıyorlar.
Abstract
Sualtı Görüntüleme uzun deniz ekoloji alanında kullanılan ama Azalan maliyetler yüksek çözünürlüklü kameralar ve veri depolama yaklaşım daha pratik daha geçmişte yaptık. Yansıma tabanlı anketler için ilk örnekleri revisited izin ve genellikle ağlar veya dredges ilişkin geleneksel araştırma yöntemlerine göre non-invaziv vardır. Yansıma tabanlı anketler için protokolleri büyük ölçüde değişebilir ama hedef tür davranış ve anket hedefleri tarafından yönlendirilmesi. Bunu göstermek için yordam bir örnek ve temsilcisi sonuçları sağlamak bir Atlantik deniz tarak (Placopecten magellanicus) açılan kamera anketin en son bizim yöntemleri açıklanmaktadır. Yordamı anket tasarım, veri toplama ve veri ürünleri içerir üç kritik adım bölünür. Tarak davranış etkisi ve ABD deniz tarak kaynak bağımsız bir değerlendirme Anketi ameliyat sağlama anket hedefi sonra Yöntem genelleme bağlamında ele alınmıştır. Genel olarak, geniş uygulanabilirliği ve University of Massachusetts Dartmouth okul esnekliğini Deniz Bilimleri ve teknolojisi (SMAST) kamera anket damla için gösterir yöntemi yaygın ve sesil omurgasızlar çeşitli için uygulanan veya Habitat araştırma odaklı.
Introduction
Atlantik deniz tarak (Placopecten magellanicus) bir deniz kabuklu yumuşakça kıta sahanlığı Cape Hatteras, North Carolina1Kuzeybatı Atlantik Okyanusu’nun St. Lawrence, Amerika Birleşik Devletleri Körfez boyunca dağıtılmış olduğunu. Amerika Birleşik Devletleri deniz tarak balıkçılık iniş ve değer görülmemiş artar son on beş yıl içinde yaşadı ve ülkenin en yüksek değerli balıkçılık ile iniş $440 milyon 20152yaklaşık değer biri haline gelmiştir. Bu artış rağmen tarak balıkçılık çaba Juvenil tarak ile alanları korumak ve yüksek büyük tarak ile alanlarda balıkçılık odaklanmak amaçlayan bir alan döndürme sistemi uygulanması ile son 20 yıl içinde önemli ölçüde düşürülmüştür yoğunluğunu1. Bu yönetim anlayışıyla tarak yoğunluğu ve birkaç anketler University of Massachusetts Dartmouth okul için Deniz Bilimleri dahil ve teknoloji (SMAST) açılan kamera anket tarafından sağlanan boyutu dağınık şekilde özel bilgi gerektirir.
SMAST damla kamera anket balıkçılık kaynak yöneticileri, deniz bilim adamları ve balıkçı toplulukları ABD deniz tarak kaynak ve ilişkili yaşam bağımsız bir değerlendirmesini sağlamak için hedeftir. Anket tarak balıkçılar ile işbirliği içinde geliştirilen ve dalış çalışmalar3,4üzerinde dayalı quadrat örnekleme teknikleri uygular. Deniz tarağı Georges Bank5olarak bilinen balıkçılık üretken alanının kapalı bölümleri içinde yoğunluğunu tahmin etme üzerinde duruldu 2000’lerin ilk araştırmaları, ama anket ABD ve Kanada tarak kaynağında çoğunluğu kapsayacak şekilde genişletilmiş sular (≈100, 000 km2)6,7. Bilgi Anketi stok değerlendirme atölye sürecinde tarak stok değerlendirmesi dahil ve güvenilir bir şekilde yıllık tarak hasat ayırma8‘ yardım etmek için New England balıkçılık Yönetim Konseyi verilmektedir. Buna ek olarak, veri SMAST damla kamera anketi tarak olmayan türler7,9,10,11,12 ekoloji anlamak için çeşitli şekillerde katkıda bulunmuştur ve bentik habitat13,14,15karakterizasyonu. Bu geniş uygulanabilirliği yöntemi yaygın ve sesil omurgasızlar, potansiyel olarak bilimsel bilgi ve ilke geride bıraktı omurgasız su ürünleri genişleme sorunu hafifletmek için yardımcı çeşitli için uygulanan gösterir başarılı bir şekilde onları16yönetmek için gerekli. Ayrıca, görüntü tabanlı örnekleme non-invaziv geleneksel nüfus örnekleme yöntemleri ve giderek daha uygun fiyatlı nedeniyle yüksek çözünürlüklü kameralar ve veri depolama17,18maliyetlerinin azaltılması için karşılaştırılır. Burada 2017 yöntemleri Georges Bank ABD bölümünü tarak yönetimi için kullanılan SMAST damla kamera anketin yordamı örneklemek için sunulmuştur. Biz onun Generalization (Genelleştirme) ve diğer sesil omurgasızlar uygulamaya yardımcı olmak için bu yordamı arkasındaki mantığı tartışıyorlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Anket tasarım protokolleri esnektir ancak bu protokollerin genelleme zaman davranış ve anket hedefler hedef türler için önemlidir. Literatür ve ilk veya ilk çalışmalar hedef türler davranış anket tasarım dahil etmek için kullanılabilir. Örneğin, bir tarak 12,5 m2 (0,08 tarak/m2) sürdürülebilir ticari balıkçılık yoğunluğu23‘ tür. Böylece, istasyon başına dört quadrats örnekleme tarafından İstasyonu örnek alanı tarak ticari yoğunluk itibariyle tespit için bağlıdır. Ayrıca, tarak genellikle toplanan yerine rastgele nasıl İstasyonu aralığı yoğunluğu duyarlığını etkileri etkileyen deniz tabanında dağıtılmış deniz24tahmin ediyor. Çeşitli çalışmalarda ilk çalışmalar ortalama ve varyans verilerini kullanarak hassas inceledi ve 5.6 km maksimum mesafe istasyonları dışında5,25,26konulmalıdır olduğunu belirler. Sistemik örnekleme tasarımı anket, anket hedefleri tarafından etkilenmiştir. Anketler yürütülen21,27edildikten sonra SAMS bölgelerine sınırlarını sık ve sık sık değiştirin. Sistemik örnekleme etkileri rastgele tabakalı veya20en iyi şekilde ayrılmış anket tasarımlar kayma tahminler için sınırları sonrası stratifikasyon ciddi sorunu önler. Tek tip ayırma istasyonları da yeni tarak işe alım ve eşleme deniz tabanı çökeller ve macroinvertebrate dağıtımları28algılama kolaylaştırır. Nereye hedef türler davranış ve anket hedefleri dikkate almak mümkün olmayabilir bir adım protokol bu adımla başlar neden olan bir anket gemi tanımlamasıdır. Bir gemi denizde örnekleme için önemlidir ve anket tasarım sonraki adımları belirler. Bizim iletişim kuralları için saydamlık anket yöntemleri ve anket sonuçları güven geliştirmek için ticari balıkçılık endüstrisi girişme önemli oldu. Ticari balıkçı tekneleri kullanarak bizim yöntemleri ve boyutu ve yetenekleri için bir büyük, ağır kamera aparatı ve gerekli zaman çizelgesi içinde tatmak anket istasyonları için izin verilen gemilerin Sanayi dahil etmek için etkili bir yol oldu. Ayrıca, gemi sahipleri gemi kullanımı ile ilgili tüm masraflar için sorumlu olduğunu ve tarak pound tarafından Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi Atlantik tarak araştırma Set-Aside programı aracılığıyla layık bir tahsisi yoluyla telafi 29. Sanayi anketleri, boyutu, yetenekleri meşgul gerek yoktur ve maliyetleri mevcut gemilerin diğer yönleri anket tasarım geliştirme önce kabul gerekir.
İletişim kurallarının veri toplama ve işleme yönleri en büyük avantajı, aynı zamanda bir sınırlama bu yöntemin mevcut. Özel yazılım ve veritabanları veri görüntüleri içinde ölçmek için önemli bir maliyetle geliyor. Ancak, SMAST damla kamera anket tarafından bu ürünlerin kullanımı 1999 yılında başlatılan programı bir evrimi temsil eder ve gerekli değildir. Örneğin, programın ilk başladığımda, tarak sayar kalem ve kağıt ile yapılan ve özgür yazılım yansımalarla ölçmek kullanılabilir şimdi. Tarak her boyutu sınıf algılama yeteneğine sahip ve yaklaşık % 200 büyütme (Şekil 3), görüntü kalitesi için kaybı olmadan izin benzer şekilde, geçerli dijital fotoğraf makinesi daha düşük çözünürlük, daha az pahalı kameralar seçildi daha önce olarak kullanılan anket tam olarak tarak ticari boyutu30algılamak başardık. Olarak anket tasarım iletişim kuralları ile kamera türü hedef türler algılamak ve anket hedeflere ulaşmak için gereken çözünürlük balanmalıdır. Esir alma imge ve video her istasyondaki kaydı sağlar geleneksel anket yöntemleri üzerinde önemli bir avantaj örnekleri tekrar ziyaret etmek ve analiz özellikleri veya değil başlangıçta izlenen habitat özellikleri genişletmek için sürekli yeteneği sağlayarak veya numaralandırılan. Örneğin, kum dolar ve diğer derisidikenliler olarak aslen belirtti sahip görüntüler sunmak da yok SMAST veritabanında onların bereket ve biyokütle ile saat12ölçmek revisited. Buna ek olarak, dredges veya ağlar gibi daha geleneksel anket yöntemleri örnekleri atılan denizde vardır ve revisited olamaz. Ancak, büyük miktarda alınır ve depolanan görüntüleri için izin gelişmeler kullanılmaktadır yalnızca küçük bir bölümü ile toplanan görüntüleri milyonlarca neden olabilir. İnsanlar veri çıkarma için gerekli olan ve unutilized bilgi31büyük miktarda neden gibi büyük ölçüde zaman ve maliyet kısıtlamaları nedeniyle bu. Hayvan ve habitat özellikleri otomatik algılama gelişmeler bu bilmece çözmek için yardımcı olabilir.
Temel görüntü anket yöntemleri macroinvertebrates ve ilişkili yaşam alanı izlemek için gerekli veri sağlayabilir, ancak burada biyolojik örnekler toplamak diğer yöntemleri ile açıklanan protokoller ilave idealdir. Serpiştirmek tabanlı örnekleme üzerinden oluşturulan bir tarak shell-yükseklik et ağırlık ilişkisi olmadan biyokütle tahminleri mümkün olmazdı. Ayrıca, tarak shell-yükseklik et ağırlık ilişki zaman ve Georges sürekli bu ilişki tanımlamak için kullanılan denklem güncelleştirme yararlı32olduğunu belirten banka konumunda göre değişir. Görüntü ve fiziksel örnek tabanlı teknikleri birleştirerek da önyargıları ve varsayımlar her yöntemin keşfetmek yardımcı olur. Tarak Shell yükseklik ölçme düşüş kamera görüntülerini kaliperler sayısal kamera lens eğriliği ile ilişkili bir ölçüm önyargı ve görüntü mesafesinde merkezi33. Bunun tersi olarak, görüntüleri ve serpiştirmek römorkörler arasında ikili karşılaştırmalar tarak deniz tabanı üzerinde ne oranda aslında toplanan ve nasıl oranı tarak boyutu6ile değişiklikleri tanımlamak yardımcı oldu.
Sualtı Görüntüleme deniz ekoloji alanında yıllardır17,34için kullanılmıştır. Ancak, Azalan maliyetler yüksek çözünürlüklü kameralar ve veri depolama yaklaşım daha pratik daha geçmişte yaptık. Bu makalede açıklanan yöntemleri yaygın ve geniş uygulanabilirliği, daha fazla görüntü tabanlı anketler gelişimi kolaylaştırmak için yardımcı vardır. Daha ayrıntılı olarak, yordamlar sonuçlar sesil omurgasızlar (Tablo 1-2) yönetmek ve deniz çevresi7,9,10 daha geniş bir anlayış katkıda yardımcı olmak için veriler üretmek için nasıl kullanılabileceğini gösterir ,11,12,13,14,15.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Öğrenci, personel, kaptanları ve bu araştırma gezileri ve onların gemileri sağlanan sahipleri yelken ekipleri sayesinde. Laboratuvar veri toplama programı, Electromechanica, Inc alan yazılım ve donanımları geliştirmek için ve CVision danışmanlık için görüntü tanımlık programı geliştirmek için geliştirmek için T. Jaffarian sayesinde. Finansman sağlanan NOAA Ödülleri NA17NMF4540043, NA17NMF4540034 ve NA17NMF4540028 tarafından. Kez burada ifade yazarlar vardır ve mutlaka NOAA görüşlerini yansıtmamaktadır.
Materials
| 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 |
References
- Stokesbury, K. D. E., O’Keefe, C. E., Harris, B. P., Shumway, S., Parsons, G. J. Fisheries Sea Scallop, Placopecten magellanicus. Scallops: Biology, Ecology, Aquaculture, and Fisheries. , (2016).
- NMFS (National Marine Fisheries Service). . Fisheries Economics of the United States, 2015. , (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- Malloy, R., 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).
- 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).
- NEFSC (Northeast Fisheries Science Center). Stock assessment for Atlantic sea scallops in 2014. 59th Northeast Regional Stock Assessment Workshop (59th SAW) Assessment Report. , (2010).
- 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).
- Marino, M. C., 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).
- Marino, M. C., 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).
- Rosellon-Druker, J. . Describing echinoderm (Echinodermata) populations on Georges Bank and evaluating direct and indirect effects of marine protected areas on these populations. , (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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. , (2010).
- Cochran, W. G. . Sampling Techniques. 3rd ed. , (1977).
- Yochum, N., DuPaul, W. D. Size-selectivity of the northwest Atlantic sea scallop (Placopecten magellanicus) dredge. J. Shellfish Res. 27, 265-271 (2008).
- Brand, A. R., Shumway, S. Scallop ecology: distributions and behaviour. Scallops: biology, ecology and aquaculture. , (1991).
- Krebs, C. J. . Ecological Methodology. , (1989).
- 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).
- 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).
- CIE (Center for Independent Experts). . Individual Peer Review Report. Review of Sea Scallop Survey Methodologies and their Integration for Stock Assessment and Fishery Management. , (2015).
- . Research Set-Aside Program Available from: https://www.nefsc.noaa.gov/coopresearch/rsa_program.html (2017)
- Marino, M. C., 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. , (2007).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
