دور معدات الكشف تحت الماء في الإدارة الحديثة لمصائد الأسماك

الظاهرة: التحوّل نحو ممارسات مصائد الأسماك المعتمدة على التكنولوجيا

لقد تغيرت صناعة الصيد كثيرًا منذ حوالي عام 2020. يُستخدم حاليًا أجهزة استشعار تحت الماء ومعدات تقنية أخرى في نحو ثلثي القوارب التجارية الكبيرة للصيد لتحسين عملية الصيد والامتثال للوائح البيئية. ولماذا؟ تُظهر أبحاث جديدة ستنشر في عام 2024 أنه عندما يتبنى الصيادون هذه التقنيات، فإنهم يصطادون أقل بنسبة 41 بالمئة من الأسماك الصغيرة مقارنةً بأولئك الذين يستخدمون الطرق التقليدية. يعتمد معظم القباطنة اليوم على أشياء مثل أنظمة السونار متعددة الحزم جنبًا إلى جنب مع برامج كمبيوتر يمكنها التمييز بين أنواع مختلفة من الأسماك. تساعد هذه الأدوات في تحديد مواقع أسراب الأسماك في جميع الاتجاهات، مما يجعل من الأسهل الالتزام باللوائح المتعلقة بالحد الأدنى لحجم الأسماك قبل الحصاد.

المبدأ: كيف تعزز تقنية السونار تقييم مخزون الأسماك

يمكن لتكنولوجيا السونار التصويري الحديثة اكتشاف أشكال الأسماك الفردية داخل الأسراب الكثيفة من الأسماك من خلال إرسال موجات تردداتها 1.8 ميجا هرتز. وتُظهر اختبارات المعايرة أن القياسات تكون دقيقة إلى حد كبير، حيث تتراوح الهوامش حول طول السمكة بين زائد أو ناقص 7 سم. ما يميز هذه الأنظمة هو قدرتها على المسح ثنائي المحور. بدلاً من التركيز فقط على سطح الماء كما تفعل أجهزة استشعار الصدى التقليدية، فإنها تحسب الكتلة الحيوية بناءً على قياسات الحجم عبر عمود الماء بأكمله. وقد قام الصيادون والباحثون باختبار هذه النتائج مقابل المصائد الفعلية التي يتم جمعها بالشبكة، وتبين تطابق النتائج بنسبة 89٪ تقريبًا فيما يتعلق بتحديد أنواع الأسماك الموجودة سواء في المياه المفتوحة أو بين الأنواع القاعية.

الميل: دمج البيانات في الوقت الفعلي في عمليات الصيد التجارية

يمكن الآن لصيادي الأسماك الحصول على قراءات السونار الخاصة بهم بعد معالجتها وعرضها على لوحات عرض متصلة عبر الأقمار الصناعية خلال حوالي 90 ثانية فقط من مسح المياه، مما يساعدهم على إدارة حصص الصيد الخاصة بهم أثناء الإبحار. يتيح النظام الجديد لقادة القوارب التركيز على المناطق التي تحتوي على أعداد كبيرة من الأسماك الناضجة، مع تجنب المناطق المحمية والمناطق التي تكون فيها الأسماك صغيرة جدًا. وتُظهر النتائج الأولية من مناطق صيد الهارينغ في شمال المحيط الأطلسي حدوث شيء مثير للاهتمام أيضًا. فعندما تدمج القوارب خرائط السونار هذه في الوقت الفعلي مع معدات الفرز التلقائي الخاصة بها، فإنها تحافظ على نحو 23 بالمئة إضافية من الأنواع الصحيحة من الأسماك. وهذا أمر منطقي لأن لا أحد يريد إضاعة الوقت في ملاحقة الأنواع الخاطئة في عرض البحر.

كيف تمكّن سونار التصوير من تقدير دقيق لطول السمكة

أحدثت أنظمة السونار التصويري ثورة في تقييم كتلة الأسماك من خلال توفير إمكانية قياس الطول غير الجراحية. وتتيح التطورات الحديثة في معالجة الإشارات وتكنولوجيا المحولات لهذه الأنظمة تحقيق دقة على مستوى المليمتر حتى في الظروف تحت المائية الصعبة.

الأساليب الخوارزمية والمعايرة في تقدير طول السمك باستخدام السونار التصويري

تعمل أنظمة السونار التصويري الحديثة من خلال دمج تقنيات كشف الحواف مع التعلم الآلي لقراءة تلك الظلال الصوتية الصعبة واكتشاف المثانة السّباحية في الأسماك. أظهرت بعض الاختبارات التي أُجريت العام الماضي أن هذه الأنظمة اقتربت إلى حد كبير من القراءات المثالية، حيث بلغت دقة القياسات حوالي 97٪ عبر ستة أنواع مختلفة من الأسماك ذات الأهمية التجارية، ولكن فقط عندما تم معايرتها بشكل صحيح مقابل أجسام مرجعية قياسية معروفة الطول. يقترح معظم الخبراء إجراء عمليات معايرة يومية تشمل كلًا من قضبان معدنية ثابتة وأسماك حية فعلية محفوظة في الأسر. ويساعد ذلك في التعويض عن تأثير التغيرات في درجة الحرارة على جهاز السونار نفسه بمرور الوقت. إن إجراء هذه المعايرة بدقة يُحدث فرقًا كبيرًا في ضمان جمع بيانات موثوقة تحت الماء.

التحقق الميداني من تقديرات حجم السونار عالي الدقة

أظهرت عمليات الاختبار في بحر بييرينغ وجود تطابق يبلغ حوالي 92 بالمئة (كما أبلغت عنه إدارة المحيطات والغلاف الجوي الوطنية - NOAA - عام 2022) بين ما قاسته السونار لأطوال الأسماك والقياسات الفعلية التي تم أخذها من الشباك، وذلك عند فحص نحو 15 ألف عينة سمكية فردية. أما الفرق البالغ 8 بالمئة المتبقي، فقد نتج أساسًا من أنواع الأسماك سريعة الحركة في المحيط المفتوح، حيث إن جهاز السونار يلتقط الصور بمعدل 30 إطارًا في الثانية فقط، وقد يفوّت في بعض الأحيان اللحظة التي تمتد فيها هذه الكائنات بالكامل أثناء الحركة. وتحاول المعدات الحديثة معالجة هذه المشكلة من خلال تشغيل برامج حاسوبية خاصة تحلل زوايا متعددة لمدارس الأسماك، من فوق ومن تحت سطح الماء، للحصول على تقديرات أكثر دقة بشكل عام.

تحليل الجدل: التناقضات بين التعرف البصري والقياسات المستمدة من السونار

إن السونار التصويري يزيل بالتأكيد تلك التحيزات المزعجة في القياسات التي يمكن أن يُدخلها الغواصون، ولكن لا تزال هناك بعض الخلافات حول مدى فعاليته مع الأسماك المفلطحة مثل الحَسّاءة. أظهرت دراسة من العام الماضي أمرًا مثيرًا للاهتمام أيضًا: كانت الفروق في الأحجام المقاسة للأسماك المسطحة أكبر بنسبة 22٪ تقريبًا مقارنة بأنواع الأسماك الأكثر استدارة. ويبدو أن المشكلة تكمن في أن معدات السونار تختلط عليها الأمور بسبب طريقة استلقاء هذه الكائنات المسطحة على قاع البحر، حيث تخطئ في تفسير زاوية استلقائها على أنها تغيرات فعلية في الطول. ولكن إليكم الخبر الجيد: عندما بدأ الناس باستخدام أنظمة الحزمة المزدوجة المتطورة التي تتحقق من القياسات عبر المسح الأفقي والعمودي معًا، انخفضت معدلات الخطأ إلى أقل من 5٪. ولهذا أصبح من المنطقي سبب اتجاه عدد متزايد من الباحثين إلى استخدام هذه التكنولوجيا رغم حدوث بعض الأعطال أحيانًا.

سونار ARIS في البيئات المعقدة: كشف وقياس دقيق للأسماك

المزايا التشغيلية لسونار ARIS لكشف وقياس الأسماك في المياه العكرة

تعمل نظام السونار التصويري بقدرة تكيفية مع الدقة، المعروف باسم ARIS، بشكل جيد جدًا عندما تكون الرؤية ضعيفة ولا تُجدي التقنيات البصرية العادية نفعًا. يُرسل هذا الجهاز إشارات عالية التردد تبلغ حوالي 1.8 ميجاهرتز، ويمكنها بالفعل اختراق الطمي والوحل في الماء. ويُنتج صورًا دقيقة جدًا لدرجة أنها تميز أشكال الأسماك الفردية بدقة جيدة نسبيًا، حيث تصل دقة عرض الحزمة إلى 0.3 درجة. وهذا أمر مهم جدًا لتحديد أحجام الكائنات القاعية مثل سمك السلور والكارب في الأنهار الموحلة التي يبدو فيها كل شيء متماثلًا. وأظهرت دراسة نُشرت في مجلة Fisheries Research عام 2021 نتيجة مثيرة للاهتمام أيضًا. فقد اختبر الباحثون نظام ARIS في ظروف حوض أسماك عكرة وحصلوا على تحديدات صحيحة للأنواع المختلفة من الأسماك بنسبة 82 بالمئة تقريبًا. بدل الاعتماد على الألوان التي تتلاشى في المياه العكرة، يعتمد النظام على طريقة حركة السمكة وأشكال أجسامها. ويقول العاملون الميدانيون الذين استخدموا هذه التكنولوجيا إن التقييمات تستغرق وقتًا أقل بنحو 40 بالمئة مقارنة بسحب الشباك عبر نفس المناطق المائية، وهي نقطة مهمة جدًا خلال الدراسات الاستقصائية الميدانية الصعبة حيث تعد كل دقيقة ذات قيمة.

دراسة حالة: نشر نظام ARIS في مسوحات أسماك السلور في نهر المسيسيبي

في عام 2022، قام العلماء بنشر أنظمة ARIS 3000 المتطورة على طول حوالي 15 ميلاً من المجاري المائية الموحلة جدًا التي تصب في نهر المسيسيبي. ما اكتشفوه كان مفاجئًا إلى حدٍ ما. فقد تمكنت أجهزة السونار الخاصة بهم من التمييز بين أحجام أسماك السلور الفردية بدقة تصل إلى نحو سنتيمترين، حتى عندما كانت المدارس بكاملها متراصة بإحكام شديد. واتضح أن هناك حوالي 18,700 سمكة بالغة تقوم بالتزاوج في هذا الموقع، وهي كمية أكبر بكثير مما كان يُعتقد سابقًا. وقد تحققوا من هذه الأرقام لاحقًا من خلال عمليات انتقائية باستخدام الشباك. والأفضل من ذلك؟ أن هذه الطريقة لم تؤثر إطلاقًا على مناطق التزاوج، وهو أمر بالغ الأهمية بالنسبة لجهود الحفاظ على البيئة. بالإضافة إلى ذلك، زودت الجهات المسؤولة عن المصايد ببيانات فورية حول عدد الأسماك الفعلية الموجودة، دون الحاجة للانتظار أسابيع لاستكمال الدراسات التقليدية.

الاستراتيجية: تحسين وضعية المحولات وسرعة الإطارات للتمييز بين مدارس الأسماك

للحصول على أفضل النتائج، قم بوضع أجهزة استشعار ARIS على عمق يتراوح بين 1.2 و1.5 متر تحت سطح الماء. يساعد هذا العمق في تحقيق توازن جيد بين مدى اكتشاف النظام للعناصر (بحد أقصى حوالي 40 مترًا) مع الحفاظ على صور مفصلة تصل دقتها إلى نحو 2 مم لكل بكسل. عند التعامل مع التيارات المائية القوية، فإن رفع معدل الإطارات إلى 15 إطارًا في الثانيةة يجعل فرقًا كبيرًا. لاحظنا أن القراءات الواضحة في الظروف العادية تتأثر بالتشويش الناتج عن الحركة عند حساب أطوال الأسماك في المياه السريعة. كما كشفت خبرتنا الميدانية عن أمر مثير للاهتمام: إمالة وحدة السونار بزاوية تبلغ حوالي 30 درجة في اتجاه التيار يعزز بشكل ملحوظ قدرتنا على التمييز بين الأسماك الفردية داخل الأسراب. تعمل هذه الطريقة بشكل خاص في المياه الموحلة حيث تكون مستويات الرواسب مرتفعة، وتوفر لنا وفقًا لاختباراتنا ما يقارب ثلث زيادة في القدرة على التمييز.

الحدود التقنية والتقدم في دقة السونار عالي التردد

مقايضات الطول الموجي مقابل دقة الهدف في القياسات الصوتية عالية التردد

تُحقق معدات الكشف تحت الماء العاملة عند ترددات تزيد عن 1 ميجاهرتز دقةً بحجم الملليمترات، ولكنها تواجه علاقة عكسية بين التردد والنطاق الفعّال. فالأطوال الموجية القصيرة (2.3 مم عند 1.6 ميجاهرتز) تتيح قياسات دقيقة لعمود الأسماك الفقري، في حين تُقدِم الأنظمة التي تقل عن 500 كيلوهرتز على التضحية بالتفاصيل من أجل زيادة عمق الاختراق بنسبة 30%. وتُوظَّف الآن مصائد الأسماك أنظمة تتراوح بين 1.2 و2 ميجاهرتز في الأعماق الأقل من 25 مترًا، حيث يمكن التوفيق بين دقة هدف تبلغ 0.5 سم والحفاظ على 85% من الإشارة. وقد تغلبت التطورات الحديثة في الخوارزميات على التداخل الناتج عن التعكر باستخدام تحليل تسلسل فرق الطور.

نقطة بيانات: ارتباط بنسبة 92% بين أخذ العينات بالشبكة وقراءات السونار عند 1.6 ميجاهرتز (NOAA، 2022)

أكدت دراسة مقارنة أجرتها NOAA في مصبات خليج تشيسابيك مقاييس الأسماك المستمدة من السونار مقابل المصائد بالشبكة الجرافة عبر 12 نوعًا. وحققت الأنظمة التي تعمل بتردد 1.6 ميغاهرتز ما يلي: - خطأ مطلق متوسط بنسبة 2.8٪ للباسي المخطط (في النطاق 35–80 سم) - تداخل بنسبة 91.7٪ في رسوم التوزيع الحجمي الهستوغرامية. وحدثت التباينات بشكل رئيسي في المياه العميقة أكثر من 18 مترًا، حيث قللت الظلال الصوتية من اتساق القياسات بنسبة 14٪.

مفارقة الصناعة: التردد الأعلى – دائمًا أفضل – توهّن الإشارة في المياه العميقة

بينما تستطيع الأنظمة التي تعمل بتردد 2.4 ميغاهرتز تمييز تفاصيل بحجم 0.3 سم، فإن مداها الفعّال ينخفض بنسبة 48٪ مع كل زيادة عمق بمقدار 10 أمتار بسبب فقدان الانتشار الكروي. عند أعماق 40 مترًا، تحافظ الترددات البديلة بين 400–700 كيلوهرتز على دقة تمييز الأهداف بنسبة 72٪ مقابل 29٪ للوحدات عالية التردد. كما أن طبقات الحرارة في المياه الباردة تُضعف الإشارات عالية التردد أكثر؛ فقد أظهرت اختبارات ميدانية عام 2023 أن معدلات توهّن شعاع 1.8 ميغاهرتز تتضاعف ثلاث مرات تحت الطبقات التي تقل عن 10°م.

القياس الميداني مقابل القياس التقليدي لحجم السمك: مقارنة عملية

مزايا التنقّل والسرعة في تقنيات قياس حجم الأسماك القائمة على الحقل الميداني

أصبح لدى الباحثين الآن إمكانية الوصول إلى معدات تحت الماء متطورة للغاية تتيح لهم عد الأسماك باستخدام أجهزة سونار صغيرة محمولة باليد، يقل وزنها عن 4 كغ. يمكن رمي هذه الأجهزة من قوارب صغيرة أو حتى من اليابسة، وهي تُعد تحسينًا كبيرًا مقارنةً بالطرق التقليدية التي كانت تتطلب فرقًا كبيرة تقضي يومًا كاملاً في سحب الشباك عبر المياه ثم تقضي ساعات طويلة في فرز ما تم اصطياده. توفر أنظمة القياس الميدانية الجديدة قراءات فورية حول حجم الكتلة السمكية بأكملها، وغالبًا خلال 10 دقائق فقط. وأظهرت الاختبارات أن دقة أجهزة السونار التصويرية المحمولة تصل إلى حوالي 89% حتى في ظروف الرؤية السيئة، وتؤدي أداءً مماثلًا للأجهزة المعملية باهظة الثمن دون الحاجة إلى انتظار أيام للحصول على النتائج بعد شحن العينات إلى المختبر.

مقارنة بين تقنية السونار والطرق التقليدية لقياس الأسماك: أخذ العينات القائمة على الصيد مقابل التصوير غير الجراحي

عندما يصطاد العلماء الأسماك لدراستها، فإنهم في الواقع يخلون بالنظام البيئي ويفوّتون بعض التفاصيل المهمة حول الحجم. فغالبًا ما يغفل الغواصون عن الأسماك الأكبر حجمًا عند قياس تجمعات الشعاب، مما يؤدي إلى تقدير أطوالها بأقل من القيمة الفعلية بنسبة تقارب 12٪ وفقًا للدراسات التي تستخدم تقنية السونار المجسّي. وتُقدِّم تقنيات التصوير غير الجائحة نتائج أفضل دون قتل أو إلحاق الضرر بالحياة البحرية. على سبيل المثال، هناك دراسة نُشرت في مجلة أبحاث المصايد أظهرت أن قراءات السونار الخاصة بتجمعات سمك العشار كانت أكثر دقة بنسبة 5٪ تقريبًا مقارنة بما يستطيع الغواصون عده إياه بصريًا تحت الماء. ومع ذلك، لا تزال الطرق التقليدية مستخدمة لأنها ضرورية للحصول على أنواع معينة من المعلومات البيولوجية التي لا يمكن للسونار التقاطها بعد، مثل الحلقات الدقيقة داخل عظام السمك التي تخبرنا الكثير عن تاريخها وأنماط نموها.

الاستراتيجية: برامج رصد هجينة تجمع بين السونار والجرف البحري

تقوم مجموعات إدارة مصائد الأسماك بشكل متزايد بدمج عمليات المسح الصوتي المنتظمة التي تغطي حوالي 2 إلى 5 كيلومترات مربعة يوميًا مع جَرّ الشباك الانتقائي الذي يتم بحوالي 10٪ من الكثافة المعتادة. ويؤدي هذا المزيج إلى تقليل الأضرار التي تلحق بالموائل البحرية بنسبة تتراوح بين 40 و60 بالمئة، كما يسمح للباحثين بالتحقق من ما يرونه على شاشات السونار مقابل الأسماك الفعلية المصطادة في الشباك. ووفقًا لنتائج التجربة التي أجرتها إدارة المحيطات والغلاف الجوي الوطنية (NOAA) العام الماضي، فقد أدى هذا الأسلوب المختلط إلى رمي نحو 18٪ من الأسماك الميتة أقل في المحيط مقارنةً بمسوحات الجَرّ التقليدية فقط. إذًا، باختصار، يبدو أن دمج تقنيات مختلفة يعمل بشكل أفضل لحماية النظم الإيكولوجية والحصول على معلومات دقيقة حول أعداد الأسماك.