छवि आधारित सर्वेक्षण एक तेजी से व्यावहारिक, गैर इनवेसिव विधि समुद्री पर्यावरण नमूना है । हम एक ड्रॉप कैमरा सर्वेक्षण के प्रोटोकॉल मौजूद है कि बहुतायत और अटलांटिक सागर सीप (Placopecten magellanicus) के वितरण का अनुमान है । हम चर्चा कैसे इस प्रोटोकॉल अंय benthic macroinvertebrates के लिए आवेदन के लिए सामान्यीकृत किया जा सकता है ।
पानी के नीचे इमेजिंग लंबे समय समुद्री पारिस्थितिकी के क्षेत्र में इस्तेमाल किया गया है, लेकिन उच्च संकल्प कैमरों और डेटा भंडारण की लागत कम दृष्टिकोण बनाया है अतीत की तुलना में अधिक व्यावहारिक । छवि आधारित सर्वेक्षण प्रारंभिक नमूनों पर दोबारा गौर किया जा करने के लिए अनुमति देते हैं और गैर-इनवेसिव पारंपरिक सर्वेक्षण विधियों कि आम तौर पर शामिल जाल या dredges की तुलना में कर रहे हैं. छवि के लिए प्रोटोकॉल आधारित सर्वेक्षण बहुत भिंन हो सकते हैं, लेकिन लक्ष्य प्रजातियों के व्यवहार और सर्वेक्षण के उद्देश्यों से प्रेरित किया जाना चाहिए । इस प्रदर्शन के लिए, हम एक अटलांटिक सागर सीप (Placopecten magellanicus) ड्रॉप कैमरा सर्वेक्षण के लिए हमारे सबसे हाल के तरीकों का वर्णन करने के लिए एक प्रक्रिया उदाहरण और प्रतिनिधि परिणाम प्रदान करते हैं । प्रक्रिया तीन महत्वपूर्ण चरणों में विभाजित है जिसमें सर्वेक्षण डिज़ाइन, डेटा संग्रह और डेटा उत्पाद शामिल हैं । एक सीप व्यवहार के प्रभाव और सर्वेक्षण प्रक्रिया पर अमेरिका सागर एक पका हुआ सीप संसाधन के एक स्वतंत्र आकलन प्रदान करने के सर्वेक्षण के लक्ष्य तो है सामांयीकरण विधि के संदर्भ में चर्चा की । कुल मिलाकर, व्यापक प्रयोज्यता और समुद्री विज्ञान और प्रौद्योगिकी (SMAST) ड्रॉप कैमरा सर्वेक्षण के लिए मैसाचुसेट्स डार्टमाउथ स्कूल के विश्वविद्यालय के लचीलेपन को दर्शाता है विधि सामान्यीकृत किया जा सकता है और sessile अकशेरूकीय की एक किस्म के लिए लागू या पर्यावास अनुसंधान केंद्रित ।
अटलांटिक सागर सीप (Placopecten magellanicus) एक समुद्री bivalve सेंट लॉरेंस, कनाडा के केप Hatteras, उत्तरी केरोलिना1की खाड़ी से उत्तर पश्चिमी अटलांटिक महासागर के महाद्वीपीय शेल्फ में वितरित मोलस्क है । संयुक्त राज्य अमेरिका में एक पका हुआ सीप मत्स्य पालन पिछले पंद्रह वर्षों में भूमि और मूल्य में अभूतपूर्व वृद्धि का अनुभव किया है और लगभग २०१५2में $४४०,०००,००० मूल्य की भूमि के साथ देश के सर्वोच्च मूल्य मत्स्य पालन में से एक बन गया है । इस वृद्धि के बावजूद, सीप मछली पकड़ने का प्रयास किया गया है काफी एक क्षेत्र रोटेशन प्रणाली के कार्यांवयन के माध्यम से पिछले 20 वर्षों में कम हो गया है कि किशोर पका हुआ आलू और उच्च में बड़ा पका हुआ आलू के साथ क्षेत्रों में ध्यान मछली पकड़ने के साथ क्षेत्रों की रक्षा करना है घनत्व1. इस प्रबंधन के दृष्टिकोण विशेष रूप से सीप घनत्व और आकार है, जो कई मैसाचुसेट्स डार्टमाउथ समुद्री विज्ञान और प्रौद्योगिकी (SMAST) ड्रॉप कैमरा सर्वेक्षण के लिए स्कूल के विश्वविद्यालय सहित सर्वेक्षण द्वारा प्रदान की जाती है पर विशिष्ट जानकारी की आवश्यकता है ।
SMAST ड्रॉप कैमरा सर्वेक्षण के लक्ष्य के लिए मत्स्य संसाधन प्रबंधकों, समुद्री वैज्ञानिकों और मछली पकड़ने के समुदायों के एक स्वतंत्र आकलन के साथ अमेरिका सागर सीप संसाधन और उसके जुड़े निवास स्थान प्रदान करना है । सर्वेक्षण collaboratively सीप मछुआरों के साथ विकसित किया गया था और डाइविंग अध्ययन3,4के आधार पर quadrat नमूना तकनीक लागू होता है । शुरुआती 2000 में प्रारंभिक सर्वेक्षणों जॉर्ज बैंक5के रूप में जाना जाता मत्स्य पालन के एक उत्पादक क्षेत्र के बंद भागों के भीतर समुद्र पका हुआ आलू के घनत्व का आकलन पर ध्यान केंद्रित है, लेकिन सर्वेक्षण के लिए अमेरिका और कनाडा में सीप संसाधन के बहुमत को कवर विस्तारित जलों (≈ १००,००० किमी२)६,७. सर्वेक्षण से जानकारी स्टॉक आकलन कार्यशाला प्रक्रिया के माध्यम से सीप स्टॉक मूल्यांकन में शामिल किया गया है और मज़बूती से ंयू इंग्लैंड मत्स्य पालन प्रबंधन परिषद को प्रदान की वार्षिक सीप फसल आवंटन8में सहायता । इसके अलावा, SMAST ड्रॉप कैमरा सर्वेक्षण से डेटा गैर-सीप प्रजातियों7,9,10,11,12 की पारिस्थितिकी को समझने के लिए कई मायनों में योगदान दिया है और benthic वास13,14,15के लक्षण वर्णन । यह व्यापक प्रयोज्यता को दर्शाता है विधि सामान्यीकृत किया जा सकता है और sessile अकशेरूकीय की एक किस्म के लिए लागू है, संभवतः invertebrate मत्स्य पालन वैज्ञानिक ज्ञान और नीति outpacing के विस्तार की समस्या को कम करने में मदद उन्हें16को सफलतापूर्वक प्रबंधित करने के लिए आवश्यक है । इसके अलावा, छवि आधारित नमूना गैर इनवेसिव पारंपरिक जनसंख्या नमूना तरीकों की तुलना में और तेजी से सस्ती उच्च संकल्प कैमरों और डेटा भंडारण17,18की लागत कम होने के कारण है । यहां SMAST ड्रॉप कैमरा सर्वेक्षण के २०१७ तरीके जॉर्ज बैंक के अमेरिका के हिस्से पर सीप प्रबंधन के लिए इस्तेमाल किया प्रक्रिया उदाहरण देना प्रस्तुत कर रहे हैं । हम इस प्रक्रिया के पीछे तर्क को अपने सामांयीकरण और अंय sessile अकशेरूकीय के लिए आवेदन में सहायता पर चर्चा ।
सर्वेक्षण डिजाइन प्रोटोकॉल लचीला कर रहे हैं, लेकिन यह लक्ष्य प्रजातियों के व्यवहार और सर्वेक्षण के उद्देश्यों पर विचार जब इन प्रोटोकॉल सामांयीकरण महत्वपूर्ण है । साहित्य की समीक्षा करें और प्रारंभिक या प्रारंभिक अध्ययन के लिए सर्वेक्षण डिजाइन में लक्ष्य प्रजातियों के व्यवहार को शामिल किया जा सकता है । उदाहरण के लिए, १२.५ एम2 में एक सीप से कम (०.०८ पका हुआ आलू/टिकाऊ वाणिज्यिक मत्स्य पालन घनत्व23से नीचे है । इस प्रकार, प्रति स्टेशन चार quadrats नमूना द्वारा, स्टेशन नमूना क्षेत्र वाणिज्यिक घनत्व पर पका हुआ आलू का पता लगाने के लिए जुड़ा हुआ है । इसके अतिरिक्त, समुद्र पका हुआ आलू आम तौर पर एकत्रित कर रहे है बजाय बेतरतीब ढंग से समुद्र तल पर वितरित, कैसे स्टेशन रिक्ति प्रभावों घनत्व का अनुमान24के सटीक प्रभावित । कई प्रारंभिक अध्ययन से मतलब है और विचरण डेटा का उपयोग अध्ययन परिशुद्धता जांच की और निर्धारित है कि ५.६ km अधिकतम दूरी स्टेशनों के अलावा5,25,26रखा जाना चाहिए था । सर्वेक्षण के प्रणालीगत नमूना डिजाइन सर्वेक्षण के उद्देश्यों से प्रभावित था । SAMS क्षेत्रों की सीमाएं अक्सर परिवर्तन और अक्सर सर्वेक्षण के बाद21,27आयोजित किया गया है । प्रणालीगत नमूना स्थानिक अनुमानों के लिए सीमाओं के बाद स्तरीकरण की गंभीर समस्या से बचा जाता है कि प्रभावों अनियमित स्तरीकृत या इष्टतम रूप से आवंटित सर्वेक्षण डिजाइन20। स्टेशनों के समान आबंटन भी नई सीप भर्ती और मानचित्रण समुद्र तल तलछट और macroinvertebrate वितरण28का पता लगाने की सुविधा । एक कदम जहां यह लक्ष्य प्रजातियों के व्यवहार और सर्वेक्षण के उद्देश्यों पर विचार संभव नहीं हो सकता है एक सर्वेक्षण पोत की पहचान है, यही वजह है कि इस कदम के साथ प्रोटोकॉल शुरू होता है । एक पोत पर-समुद्र नमूने के लिए आवश्यक है और सर्वेक्षण डिजाइन के बाद के कदम तय । हमारे प्रोटोकॉल के लिए, यह महत्वपूर्ण था वाणिज्यिक मत्स्य पालन उद्योग संलग्न करने के लिए सर्वेक्षण के तरीकों और सर्वेक्षण के परिणामों में विश्वास में पारदर्शिता को बढ़ावा । वाणिज्यिक मत्स्य पालन जहाजों का प्रयोग एक प्रभावित तरीका हमारे तरीकों में उद्योग शामिल है और आकार और जहाजों की क्षमताओं एक बड़े, भारी कैमरा उपकरण के लिए अनुमति दी और सर्वेक्षण स्टेशनों के लिए आवश्यक समय के भीतर नमूना हो गया था । इसके अलावा, पोत मालिकों सभी पोत उपयोग के साथ जुड़े लागत के लिए जिंमेदार थे और एक सीप अटलांटिक सीप अनुसंधान सेट अलग कार्यक्रम के माध्यम से राष्ट्रीय ओशियानिक और वायुमंडलीय प्रशासन द्वारा संमानित पाउंड का आवंटन के माध्यम से मुआवजा दिया गया 29. हालांकि यह आवश्यक नहीं है सर्वेक्षण में उद्योग संलग्न करने के लिए, आकार, क्षमताओं, और उपलब्ध जहाजों की लागत सर्वेक्षण डिजाइन के अंय पहलुओं को विकसित करने से पहले विचार किया जाना चाहिए ।
डेटा संग्रह और प्रोटोकॉल के प्रसंस्करण पहलुओं सबसे बड़ा लाभ मौजूद है, लेकिन यह भी इस विधि की एक सीमा । कस्टम सॉफ्टवेयर और डेटाबेस के उपयोग के लिए छवियों के भीतर डेटा यों तो काफी कीमत पर आता है । हालांकि, SMAST ड्रॉप कैमरा सर्वेक्षण द्वारा इन उत्पादों का उपयोग एक कार्यक्रम के विकास का प्रतिनिधित्व करता है १९९९ में शुरू किया और आवश्यक नहीं है । उदाहरण के लिए, जब पहली बार कार्यक्रम शुरू किया, सीप गिनती कलम और कागज और मुफ्त सॉफ्टवेयर के साथ किए गए थे अब छवियों के भीतर मापने के लिए उपलब्ध है । इसी तरह, वर्तमान डिजिटल स्टिल कैमरा के रूप में यह पका हुआ आलू के सभी आकार वर्गों का पता लगाने में सक्षम था और छवि गुणवत्ता (चित्रा 3) के नुकसान के बिना लगभग २००% आवर्धन के लिए अनुमति दी गई थी, लेकिन कम संकल्प, कम खर्चीला कैमरा सर्वेक्षण में पहले इस्तेमाल पूरी तरह से वाणिज्यिक आकार30के पका हुआ आलू का पता लगाने में सक्षम थे । सर्वेक्षण डिजाइन प्रोटोकॉल के साथ के रूप में, कैमरे के प्रकार के लिए लक्ष्य प्रजातियों का पता लगाने और सर्वेक्षण लक्ष्यों को प्राप्त करने की जरूरत संकल्प से जोड़ा जाना चाहिए । प्रत्येक स्टेशन पर छवियों और रिकॉर्डिंग वीडियो कैप्चरिंग नमूनों को फिर से आना और taxa या निवास के लिए विश्लेषण का विस्तार करने की क्षमता प्रदान करके पारंपरिक सर्वेक्षण विधियों पर एक महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है शुरू में ट्रैक नहीं या इन्युमरेट. उदाहरण के लिए, रेत डॉलर और अंय echinoderms मूल रूप से SMAST डेटाबेस में वर्तमान या अनुपस्थित के रूप में उल्लेख के साथ छवियां उनके बहुतायत और समय12के माध्यम से बायोमास यों तो पर गौर किया गया । इसके विपरीत, dredges या जाल के रूप में और अधिक परंपरागत सर्वेक्षण तरीकों से नमूनों को समुद्र में छोड़ दिया जाता है और फिर से गौर नहीं किया जा सकता है । हालांकि, अग्रिम कि छवियों की भारी मात्रा के लिए अनुमति के लिए ले लिया और संग्रहित छवियों के लाखों में परिणाम केवल एक छोटा सा अंश के साथ एकत्र किया जा रहा है उपयोग किया जा रहा कर सकते हैं । यह मुख्यतः समय और लागत प्रतिबंध के कारण के रूप में मनुष्य डेटा निष्कर्षण और अप्रयुक्त जानकारी31की बड़ी मात्रा में परिणाम के लिए आवश्यक हैं । पशुओं और आवास विशेषताओं का स्वचालित पता लगाने में अग्रिम इस पहेली को संबोधित करने में मदद कर सकता है ।
छवि आधारित सर्वेक्षण के तरीके आवश्यक डेटा प्रदान करने के लिए macroinvertebrates और जुड़े निवास स्थान की निगरानी कर सकते हैं, लेकिन प्रोटोकॉल का सप्लीमेंट अंय तरीकों के साथ यहां वर्णित है कि जैविक नमूनों को इकट्ठा आदर्श है । एक सीप शैल ऊंचाई मांस वजन रिश्ते के बिना, ड्रेज से बनाया-नमूना आधारित, बायोमास का अनुमान संभव नहीं होगा । इसके अलावा, सीप शैल ऊंचाई मांस वजन रिश्ता जॉर्ज्स बैंक पर समय और स्थान का संकेत है कि लगातार इस रिश्ते का वर्णन करने के लिए इस्तेमाल किया समीकरण को अद्यतन करने के साथ बदलता है३२लाभकारी है । छवि और शारीरिक नमूना आधारित तकनीक का मेल भी पूर्वाग्रहों और प्रत्येक विधि की मांयताओं की खोज में एड्स । कैलिपर्स quantified एक माप कैमरा लेंस और छवि केंद्र३३से दूरी की वक्रता के साथ जुड़े पूर्वाग्रह के साथ ड्रॉप कैमरा छवियों में पका हुआ आलू के खोल ऊंचाइयों को मापने । इसके विपरीत, छवियों और ड्रेज tows के बीच युग्मित तुलना में मदद की है परिभाषित क्या समुद्र तल पर पका हुआ आलू का अनुपात वास्तव में एकत्र कर रहे है और कैसे सीप6आकार के साथ अनुपात में परिवर्तन ।
पानी के नीचे इमेजिंग17,३४दशकों के लिए समुद्री पारिस्थितिकी के क्षेत्र में इस्तेमाल किया गया है । हालांकि, उच्च संकल्प कैमरों और डेटा भंडारण के कम लागत दृष्टिकोण अतीत की तुलना में अधिक व्यावहारिक बना दिया है । इस पत्र में वर्णित तरीके सामान्यीकृत किया जा सकता है और व्यापक प्रयोज्यता है, और अधिक छवि आधारित सर्वेक्षण के विकास को सुविधाजनक बनाने में मदद । अधिक विशेष रूप से, कैसे परिणाम sessile अकशेरूकीय (तालिकाओं 1-2) का प्रबंधन करने में मदद करने के लिए डेटा का उत्पादन और समुद्री पर्यावरण की एक व्यापक समझ के लिए योगदान करने के लिए उपयोग किया जा सकता है दिखाता है7,9,10 ,11,12,13,14,15.
The authors have nothing to disclose.
छात्रों, कर्मचारियों, कप्तानों, और कैमरों जो इन अनुसंधान यात्राओं और मालिकों है कि उनके जहाजों प्रदान पर रवाना करने के लिए धंयवाद । क्षेत्र सॉफ्टवेयर और उपकरणों के विकास के लिए लैब डाटा संग्रह कार्यक्रम, Electromechanica, Inc विकसित करने के लिए Jaffarian के लिए धंयवाद, और छवि व्याख्या कार्यक्रम के विकास के लिए CVision परामर्श । धन NOAA पुरस्कार NA17NMF4540043, NA17NMF4540034, और NA17NMF4540028 द्वारा प्रदान किया गया था । यहां व्यक्त विचार लेखकों के है और NOAA के विचारों को प्रतिबिंबित जरूरी नहीं है ।
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 |