Imagem com base em topografia é um método não-invasivo, cada vez mais prático para o ambiente marinho da amostra. Apresentamos o protocolo de uma pesquisa de câmera de gota que estima a abundância e distribuição do Vieira mar Atlântico (Placopecten magellanicus). Discutimos como este protocolo pode ser generalizado para aplicação a outros macroinvertebrados bentônicos.
Imagem latente subaquática tem sido muito utilizado no campo da ecologia marinha, mas diminuindo os custos de armazenamento de dados e câmeras de alta resolução fizeram a abordagem mais prática do que no passado. Pesquisas com base em imagem permitem amostras iniciais a ser revisitado e são não-invasivo em comparação com métodos tradicionais de pesquisa que envolvem redes ou dragas. Protocolos para pesquisas com base em imagem podem variar muito, mas devem ser conduzidos por objectivos de comportamento e de levantamento de espécies alvo. Para demonstrar isso, descrevemos nossos métodos mais recentes para uma pesquisa de câmera mar Atlântico Vieira (Placopecten magellanicus) gota fornecer um exemplo de procedimento e resultados representativos. O procedimento é dividido em três etapas essenciais que incluem o projeto de pesquisa, coleta de dados e dados de produtos. A influência do comportamento de vieiras e o objetivo da pesquisa de fornecer uma avaliação independente do recurso vieiras do mar dos Estados Unidos sobre o procedimento de inquérito são então discutidas no contexto de generalizar o método. Em geral, a ampla aplicabilidade e flexibilidade da Universidade de Massachusetts Dartmouth escola para marinhos da ciência e tecnologia (SMAST) larga pesquisa câmera demonstra o método poderia ser generalizado e aplicado a uma variedade de invertebrados sésseis ou pesquisa de habitat concentrado.
Vieira mar Atlântico (Placopecten magellanicus) é um molusco bivalves marinho distribuído ao longo da plataforma continental do Oceano Atlântico noroeste, no Golfo de St Lawrence, Canadá para Cape Hatteras, Carolina do Norte1. A pesca de vieiras do mar nos Estados Unidos tem experimentado aumentos sem precedentes nos desembarques e valor nos últimos quinze anos e tornou-se uma das pescas de valorizado mais altas do país com desembarques vale aproximadamente US $ 440 milhões em 20152. Apesar deste aumento, o esforço de pesca Vieira foi substancialmente reduzido nos últimos 20 anos através da implementação de um sistema de rotação de área que visa proteger as áreas com vieiras juvenis e focar a pesca em zonas com maiores vieiras em alta densidades de1. Esta abordagem de gestão requer informações espacialmente específicas sobre Vieira densidade e tamanho, que é fornecido por várias pesquisas, incluindo a Universidade de Massachusetts Dartmouth escola de ciência Marinha e levantamento de câmera de gota de tecnologia (SMAST).
O objetivo da pesquisa de câmera SMAST gota é fornecer uma avaliação independente do recurso de vieiras do mar dos EUA e os seus habitats associados gerenciadores de recursos haliêuticos, cientistas marinhos e as comunidades piscatórias. A pesquisa foi desenvolvida em colaboração com os pescadores de vieiras e aplica técnicas de amostragem quadrat baseadas no mergulho de3,de estudos4. Levantamentos iniciais, no início de 2000 focada em estimar a densidade de vieiras do mar dentro porções fechadas de uma área produtiva da pesca conhecido como Georges Bank5, mas a pesquisa expandido para cobrir a maioria do recurso Vieira nos EUA e no Canadá águas (≈100, 000 km2),6,7. Informações da pesquisa foi incorporadas à avaliação de estoque Vieira através do processo da oficina de avaliação de estoque e confiantemente fornecidas ao Conselho de gestão das pescas Nova Inglaterra, para auxiliar na anual Vieira colheita alocação8. Além disso, dados da pesquisa SMAST gota câmera tem contribuído de várias formas para a compreensão da ecologia de espécies não-Vieira7,9,10,11,12 e a caracterização dos habitats bênticos13,14,15. Esta ampla aplicabilidade demonstra o método poderia ser generalizado e aplicado a uma variedade de invertebrados sésseis, potencialmente, ajudar a aliviar o problema da expansão da pesca invertebrada, ultrapassando o conhecimento científico e política necessários para gerenciar com êxito os16. Além disso, com base em imagem de amostragem é não-invasivo em relação aos métodos de amostragem de população tradicional e cada vez mais acessíveis devido a diminuição de custos de alta resolução câmeras e dados armazenamento17,18. Aqui os métodos de 2017 da gota SMAST câmera pesquisa utilizado para gestão de vieiras na porção dos EUA do banco Georges são apresentados para exemplificar o procedimento. Vamos discutir a lógica por trás deste procedimento para ajudar na sua generalização e a aplicação de outros invertebrados sésseis.
Os protocolos de projeto de pesquisa são flexíveis, mas é fundamental considerar as espécies-alvo objectivos vistoria e comportamento ao generalizar estes protocolos. Revisão de literatura e estudos preliminares ou iniciais podem ser usados para incorporar o comportamento de espécies alvo em projeto de pesquisa. Por exemplo, menos de um Vieira em 12,5 m2 (0,08 vieiras/m2) é abaixo de pesca comercial sustentável densidade23. Assim, por quatro pessoas por estação de amostragem, a área de amostra da estação está ligada à detecção de vieiras em densidade comercial. Além disso, o mar vieiras são geralmente agregadas ao invés de distribuídos aleatoriamente no fundo do mar, influenciando como espaçamento estação impacto sobre a precisão da densidade estima24. Vários estudos utilizando dados de média e variância de estudos iniciais examinaram precisão em determinar que 5,6 km foi que as estações de distância máxima devem ser colocadas afastados5,25,26. O design de amostragem sistêmica da pesquisa foi influenciado por objetivos de pesquisa. Os limites das zonas de SAMS mudam frequentemente e muitas vezes depois inquéritos foram realizados21,,27. Amostragem sistemática evita o grave problema do pós-estratificação de limites para estimativas espaciais que impactos aleatoriamente estratificada ou otimamente alocada pesquisa projeta20. Distribuição uniforme das estações também proporciona detecção de novo recrutamento de vieiras e sedimentos do fundo do mar de mapeamento e de distribuições de macroinvertebrados28. O um passo de onde não seja possível considerar espécies-alvo, objectivos de comportamento e de pesquisa é a identificação de um navio de pesquisa, por isso o protocolo começa com esta etapa. Um navio é essencial para amostragem no mar e dita as etapas subsequentes do projeto de pesquisa. Para nossos protocolos, era vital para envolver a indústria da pesca comercial para promover a transparência em métodos de pesquisa e confiança nos resultados de pesquisa. Usar os navios de pesca comercial foi uma maneira impactante para incluir a indústria em nossos métodos e o tamanho e capacidades dos navios permitidos para um aparelho de câmera grande, pesado e para estações de pesquisa, a amostra dentro do cronograma necessário. Além disso, armadores foram responsáveis por todos os custos associados à utilização de navio e foram compensados através de uma alocação de libras Vieira premiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration através do programa de retirada de pesquisa Scallop Atlântico 29. embora não é necessário envolver a indústria em pesquisas, o tamanho, recursos e custos dos navios disponíveis devem ser considerados antes de desenvolver outros aspectos do projeto de pesquisa.
Os aspectos de coleta e processamento de dados dos protocolos apresentam a grande vantagem, mas também uma limitação deste método. O uso de software personalizado e bancos de dados para quantificar dados dentro de imagens tem um custo substancial. No entanto, a utilização destes produtos pelo levantamento SMAST gota câmera representa uma evolução de um programa iniciado em 1999 e não é essencial. Por exemplo, quando o programa começou, vieiras contagens foram feitas com papel e caneta e software livre está disponível para medir dentro de imagens. Da mesma forma, a câmera fotográfica digital atual foi escolhida como foi capaz de detectar todas as classes de tamanho de vieiras e permitido para aproximadamente 200% ampliação sem perda de qualidade de imagem (Figura 3), mas a resolução menor, menos caras câmeras usado anteriormente na pesquisa foram capazes de detectar totalmente vieiras de tamanho comercial30. Como com os protocolos de projeto de pesquisa, o tipo de câmera deve estar ligado a resolução necessária para detectar as espécies-alvo e alcançar objetivos de pesquisa. Captura de imagens e gravação de vídeo em cada estação oferece uma vantagem significativa sobre os métodos tradicionais de pesquisa, fornecendo a capacidade contínua de revisitar as amostras e expandir a análise de táxons ou características de habitat não inicialmente controladas ou enumerado. Por exemplo, imagens com dólares de areia e outros equinodermos originalmente observados como presentes ou ausentes no banco de dados SMAST são revisitados para quantificar a sua abundância e biomassa através de do tempo12. Em contraste, amostras de métodos mais tradicionais de pesquisa como dragas ou redes são descartados no mar e não podem ser revisitadas. No entanto, os avanços que permitem uma enorme quantidade de imagens a ser tomadas e armazenado podem resultar em milhões de imagens coletadas com apenas uma pequena fração sendo utilizada. Este é em grande parte devido a restrições de tempo e custos, como os seres humanos são necessários para a extração de dados e resultam em grandes quantidades de informações não utilizadas31. Avanços na detecção automática de animais e as características de habitat podem ajudar a resolver este dilema.
Métodos de pesquisa de imagem com base podem fornecer os dados necessários para monitorar os macroinvertebrados e habitat associado, mas complementar os protocolos descritos aqui com outros métodos que coletar amostras biológicas é ideal. Sem uma relação de peso de carne da concha-altura Vieira, criada a partir de amostragem baseada em draga, estimativas de biomassa não seria possíveis. Além disso, a relação de peso de carne da concha-altura vieira varia com tempo e local no banco de Georges indicando que constantemente atualizando a equação usada para descrever essa relação é benéfica,32. Combinação de imagem e técnicas baseadas em amostra físicas também auxilia em explorar os preconceitos e pressupostos de cada método. Medindo alturas de concha de vieiras em soltar imagens da câmera com pinças quantificados um viés de medição associado com a curvatura da lente da câmera e distância da imagem do centro de33. Por outro lado, emparelhadas comparações entre imagens e draga reboca ajudaram a definir qual a proporção de vieiras no fundo do mar são na verdade recolhidos e como a proporção muda com vieiras tamanho6.
Imagem latente subaquática tem sido usado no campo da ecologia marinha para décadas17,34. No entanto, diminuindo os custos de armazenamento de dados e câmeras de alta resolução fizeram a abordagem mais prática do que no passado. Os métodos descritos neste artigo podem ser generalizados e têm ampla aplicabilidade, ajudando a facilitar o desenvolvimento de mais pesquisas com base em imagem. Mais especificamente, os procedimentos mostram como os resultados podem ser utilizados para produzir dados para ajudar a gerenciar os invertebrados sésseis (tabelas 1-2) e contribuir para uma compreensão mais ampla do ambiente marinho7,9,10 ,11,12,13,14,15.
The authors have nothing to disclose.
Graças a alunos, funcionários, capitães e tripulações que navegou sobre essas viagens de pesquisa e proprietários que forneceu os seus navios. Graças a Jaffarian de T. para desenvolver o programa de coleta de dados de laboratório, PBX eletromecânico, Inc. para desenvolver o software de campo e equipamento e a CVision consultoria para desenvolver o programa de imagem annotator. O financiamento foi fornecido por prêmios de NOAA, NA17NMF4540043, NA17NMF4540034 e NA17NMF4540028. As opiniões aqui expressadas são as dos autores e não refletem necessariamente as opiniões da NOAA.
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 |