Sualtı Stereo video araçları kullanarak balık yoğunluğu miktarının için yeni yöntemler geliştirilmesi
Summary
Balıklar sayma ve göreli bolluk (MaxN) ve stereo-video kamera sistemleri dönen kullanarak balık yoğunluğu tahmin için yeni bir yöntem açıklanmaktadır. Ayrıca kamera (Z mesafe) mesafeden species-specific algılama tahmin etmek için nasıl kullanılacağını göstermektedir.
Abstract
Balıkların ekolojik çalışmalar video kamera sistemlerinin kullanımı çekiş ölçüm balık uzunlukları ve tahmin balık Bereket uygun, Sigara extractive yöntemi olarak kazanmak için devam ediyor. Geliştirilen ve örnekleme, örnekleme çaba sabit kamera araçları için karşılaştırıldığında en üst düzeye çıkaran bir tam 360 derece kapsar dönen bir stereo-video kamera araç uygulanmaktadır. Çalışmalar çeşitli statik, stereo-kamera sistemleri son derece doğru ve hassas ölçümler balık elde yeteneği detaylı sahip; odak burada dönen kamera sistemleri kullanarak balık yoğunluğunu ölçmek için yöntembilimsel yaklaşımlar geliştirilmesi üzerinde yapıldı. İlk yaklaşım genellikle balık en az sayıda muhafazakar sayısıdır MaxN verilen kamera anket gözlenen metrik bir değişiklik geliştirmekti. MaxN balık kamera sistemi verilen herhangi bir döndürme içinde gözlenen en fazla sayısı olarak tanımlıyoruz. İki sayım önlemek için önlemler alındığında, bu yöntem MaxN için sabit kameradan alınan daha gerçek bereket daha doğru bir şekilde yansıtabilir. İkinci olarak, stereo-video üç boyutlu uzayda eşlenmesi için balık verdiğinden, mesafe makinesinden kesin tahminleri her balık için elde edilebilir. Ankete species-specific alanları kurmak için % 95 persentil gözlenen mesafe–dan fotoğraf makinesi kullanarak, biz türler arasında algılama farklılıkları için bir tür olduğunu maksimum mesafe kullanarak yoğunluğu tahminleri sulandrarak kaçınırken hesap gözlenen. Muhasebe algılama aralığı için balık zenginliği doğru tahmin için çok önemlidir. Bu metodoloji stereo video araçları uygulamalı bilim ve yönetim bağlamlarda dönen entegrasyon kolaylaştıracaktır.
Introduction
ABD Pasifik Sahil boyunca birçok ticari ve eğlence groundfish balıkçılık için (örneğin, rockfish karmaşık (Sebastes spp.) ve Lingcod (Ophiodon elongatus)) önemli türlerin güçlü ile ilişkili olan yüksek kabartma, alt zor habitatları1,2,3,4,5. Stereo-video damla kameralar göreceli kolaylığı ve işlemin basitliği nedeniyle kayalık yaşam alanları kullanmak için çekici bir sigara extractive araçlardır. Stereo-video kamera sistemleri çeşitli geliştirilen ve Güney yarımkürede, sığ su ekosistemleri6,7,8,9,10‘ da, dağıtılabilir ve Son zamanlarda, video damla-kameralar Pacific Coast11,12,13boyunca derin su rocky resif ortamları için bir yönetim aracı olarak çekiş kazanmıştır. Varolan bu stereo kamera tasarımları daha verimli bir şekilde yüksek kabartma seafloors Orta Pasifik kıyısında (bakınız tablo, Balık nüfus karakterize etmek için (bundan sonra “İniş” anılacaktır) bir stereo-video kamera sistemi kullanılarak değiştirmek istedi Malzemeler). Çünkü kameralar tam 360 ° zemine açılan konumu14kapsama için izin verilen bir merkez dönen bar monte edildi kullanılan Lander varolan video sistemleri farklıydı. İniş aracı dakikada hızla bolluk ve topluluk kompozisyon bir alanın karakterize ve istatistiksel gücü daha az Lander dağıtımları ile aynı düzeyde ulaşmak bize izin veren bir tam dönüş tamamlandı. (Bkz: Starr (2016)14 Lander yapılandırma ayrıntılarını daha fazla ayrıntı için). Çalışma sisteminde Ön testler araştırmalarımızda fotoğraf makinelerinin sekiz rotasyonlar türlerin bolluk ve zenginlik karakterize etmek yeterli olduğunu ileri sürdü. Bu belirleme döner azalan bir gözlem tarafından türlerin bolluk ve balık yoğunluğu daha uzun damla üzerinde yapıldı. Öneririz uzun emmek süreleri dahil olmak üzere bir pilot çalışma verilen ekosistem/çalışma türler için en uygun emmek zamanı belirlemek için herhangi bir sistem olarak yürütülmelidir.
Eşleştirilmiş stereo kameralar kullanarak, her ikisi de Toplam Anket alan ve video her anket için mutlak balık yoğunluğu hesaplanabilir; Ancak, kameralar dönen kullanım geleneksel balık sayısı ölçümleri değişiklik gerektirdiği. Sabit görüntü sistemleri “MaxN” balıklar bir dağıtım6,10muhafazakar sayısı olarak en sık kullandığınız. Geleneksel MaxN birlikte iki sayım yaptı ve çerçeve için döndürülen bir balık önlemek için tek bir video kare içinde gözlenen belirli bir tür balık en fazla sayısını açıklar. MaxN bu nedenle mevcut olduğu bilinen balık en az sayıda bir tahmin edilmiş ve gerçek balık bolluk6,10hafife. MaxN metrik kameralar her tam rotasyon içinde görülen balık en fazla temsil etmek için tanımlandı.
Aslında bu tür irili ufaklı, renk, hesap için önceki stereo video yöntemleri için ikinci değişiklik oldu ve şekiller farklı maksimum mesafe güvenilir kimlik. Örneğin, O. elongatus gibi büyük türler farklı bir uzun şekil ve güvenilir bir şekilde Squarespot Rockfish (Sebastes hopkinsi) gibi küçük ve şifreli türleri ile karşılaştırıldığında çok daha büyük mesafelerde belirlenebilir. Algılama bu farklı maksimum aralıklar için her tür Lander tarafından örnek etkili alanı olarak değiştirin. Stereo kameralar bize her balık yüksek bir doğruluk derecesi ile üç boyutlu uzayda yerleştirmek izin çünkü kimse her balıktı kameralar olan uzaklığı belirleyebilirsiniz (“olan z ekseni için” adlıYani, “Z mesafe”, ölçülen dik kameralar arasında çizilmiş düz çizgi). Her tür için içinde (bundan sonra “% 95’i Z mesafe”) tüm bireylerin % 95’i gözlendi mesafe anket alan yarıçap olarak kabul edildi ve ankete toplam alanını hesaplamak için kullanılır. Species-Specific özelliklere ek olarak identifiability suyun bulanıklık gibi çevresel koşullar tarafından etkilenebilir. Bu faktörler zaman ve mekan içinde düzeyinde değişiklik yapabileceğiniz için % 95’i Z Hayatinizda yalnızca toplam olarak kullanılması önemlidir. Süre o-ecek var olmak büyük örnekler için son derece hassas, herhangi bir bireysel Anketi ankete alanında farklı olabilir.
Protokol aşağıda ayrıntılı yönergeler bu ölçümler oluşturmak sağlar. Pasifik Sahili boyunca derin kayalık habitat karakterize etmek için odak noktası oldu değiştirilmiş MaxN sayım için açıklanan metodoloji dönen herhangi bir damla-kamera sistemine kolayca uygun olsa da. Kamera rotasyonlar balık nüfusu tanımlamak için gerekli yerel ekosistemi dinamikleri üzerinde bağlıdır, ancak değiştirilmiş MaxN kavramsallaştırma aynı kalır. Oysa biz fotogrametrik yazılımı 3D stereo video olarak çözümlemeye, Balık üç boyutlu uzayda tam yerini mümkün olduğu sürece benzer şekilde, burada açıklanan teknikleri kolay yazılım platformları arasında uygulanır. Ayrıca, % 95’i Z uzaklık değeri uygulama yaklaşımı gelecekte çalışmaları ile stereo-kameralar tespit species-specific aralıkları için hesap ve daha doğru bir şekilde balık bolluk hesaplamak için düşünülebilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Geleneksel MaxN metrik bireyler bir anket sırasında mevcut garantili en az sayıda sayım fikri üzerine esas olan. Balık belirli sayıda aynı anda tek bir video kare görünür durumdaysa, herhangi bir daha az hediye olamaz ama balık mobil ve heterogeneously dağıtılmış olduğundan, tüm bireylerin aynı anda tek bir video kare sırasında görme olasılığı düşüktür . Bu nedenle geleneksel MaxN gerçek balık bolluk16,17hafife yüksektir. Buna ek…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser doğayı ve özel bağışçılar, kaynakları mirası Fonu Vakfı, Gordon ve Betty Moore Vakfı, çevre savunma fonu, Kaliforniya deniz hibe programı, NMFS Ulusal kooperatif araştırma programı ve bir NOAA tarafından finanse edildi Saltonstall-Kennedy Grant #13-SWR-008. Deniz uygulamalı araştırma ve araştırma (Dirk Rosen, Rick Botman, Andy Lauerman ve David Jefferies), inşa geliştirilip video Lander aracı. Jim Seager ve SeaGIS™ yazılım teknik destek için teşekkür ediyoruz. Kaptan ve ticari balıkçı Tim Maricich ve onboard Lander dan 2012-2015 dağıtmanın F/V Donna Kathleen sağlanan destek ekibi. Video veri toplama veya analiz (Anne Tagini, Donna Kline, Teğmen Amber Payne, Bryon Downey, Marisa Ponte, Rebecca Miller, Matt Merrifield, Walter Heady, Steve Rienecke, EJ Dick ve John Field) katılan herkese teşekkür ederim.
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).
