Ролята на подводното оборудване за детекция в съвременното управление на рибарството

Феномен: Преходът към технологии, управлявани от технологични решения в рибарската практика

Риболовната индустрия се промени значително от около 2020 г. Около две трети от големите търговски риболовни лодки вече използват подводни сензори и друга технологична екипировка, за да улавят риба по-ефективно и да спазват екологичните правила. Защо? Ново проучване, което ще бъде публикувано през 2024 г., показва, че когато рибарите прилагат тези технологии, те улавят с 41 процента по-малко млади риби в сравнение с тези, които използват традиционни методи. Повечето капитани днес разчитат на неща като сонари с множество лъчи, както и на компютърни програми, които могат да различават видовете риба. Тези инструменти им помагат да виждат къде се намират рибните ята във всички посоки, което улеснява спазването на правилата относно минималния размер на рибата преди събирането ѝ.

Принцип: Какво сонарът подобрява оценката на рибните запаси

Най-новата технология за сонарно заснемане всъщност може да разпознава формите на отделни риби в гъсти рояци, като излъчва лъчи с честота 1,8 MHz. Калибриращите тестове показват, че измерванията са доста точни – около ±7 см по дължина на рибата. Това, което отличава тези системи, е тяхната възможност за сканиране по двойна ос. За разлика от традиционните ехолоти, които наблюдават само повърхността, те изчисляват биомасата въз основа на обемни измервания в целия воден слой. Рибари и изследователи са тествали тази система срещу реални улови с трал, като резултатите съвпадат приблизително в 89% от случаите, когато се определят видовете риба както в открита вода, така и сред дънните популации.

Тенденция: Интеграция на данни в реално време в комерсиалните риболовни операции

Рибарите вече могат да получават обработени показания от сонара, които се показват на табла със спътникова връзка едва около 90 секунди след сканиране на водата, което им помага оперативно да управляват квотите си за улов. Новата система позволява на капитаните на лодките да се насочат към райони, където има достатъчно зрели риби, като едновременно избягват защитени зони и места, където рибата е твърде малка. Първоначалните резултати от херинговите ловни площи в Северния Атлантик показват нещо интересно. Когато лодките комбинират тези карти със сонар в реално време с оборудването си за автоматично сортиране, те запазват около 23 процента повече от подходящия вид риба. Това е логично, защото никой не иска да губи време в преследване на неподходящ улов по море.

Какво позволява оценката на дължината на рибата чрез образен сонар

Системите за сонарно изображение революционизираха оценката на рибната биомаса, като осигуриха възможности за неинвазивно измерване на дължина. Новите постижения в обработката на сигнали и технологията на преобразувателите позволяват на тези системи да постигат милиметрово точност дори при трудни подводни условия.

Алгоритмични подходи и калибриране при оценка на дължината на рибите чрез сонарно изображение

Съвременните сонарни системи за визуализация работят, като комбинират техники за откриване на ръбове с машинно обучение, за да интерпретират онези трудни акустични сенки и да засичат плавателния мехур при рибите. Някои тестове от миналата година показаха, че тези системи постигат почти перфектни резултати, достигайки около 97% точност при измерванията за шест различни вида риби с комерсиално значение, но само когато са правилно калибрирани спрямо стандартни референтни обекти с известна дължина. Повечето експерти препоръчват ежедневна калибрация, включваща както фиксирани метални пръти, така и действителни живи риби, съдържащи се в плен. Това помага за компенсиране на влиянието на температурните промени върху самото сонарно оборудване с течение на времето. Правилната калибрация има решаващо значение за осигуряване на надеждни данни при подводното събиране на информация.

Полева валидация на оценките за размера чрез високоразделителен сонар

Тестването на операциите в Берингово море установи, че има приблизително 92-процентно съвпадение (съобщено от NOAA през 2022 г.) между измерените от сонара дължини на рибите и действителните измервания, взети от мрежи, като са анализирани около 15 хиляди отделни проби от риби. Останалите 8 процента разлика идват предимно от бързо движещите се видове риби в открито море, тъй като сонарът заснема само с 30 кадъра в секунда и понякога пропуска моменти, когато тези създания напълно се изтеглят по време на движение. Съвременното оборудване се опитва да отстрани този проблем чрез използване на специални компютърни програми, които анализират няколко различни ъгъла на стадата риби както над, така и под водната повърхност, за да се получат по-точни общи оценки.

Анализ на споровете: Разминавания между визуалната идентификация и измерванията, получени чрез сонар

Сонарът за визуализация определено премахва досадните грешки при измерванията, които водолазите могат да въведат, но все още има разногласия относно това колко добре работи за риби, които са сплеснати като паламид. Проучване от миналата година показа нещо интересно – при сплеснатите риби разликите в измерените размери бяха около 22% по-големи в сравнение с по-окръглените видове. Проблемът изглежда е, че сонарното оборудване се обърква от начина, по който тези плоски създания лежат върху морското дъно, и взема ъгъла им за промяна на действителната дължина. Но ето и добрата новина: когато хората започнаха да използват онези модерни системи с двойни лъчи, които проверяват измерванията както в хоризонтални, така и в вертикални сканирания, нивата на грешка спаднаха под 5%. Става ясно защо все повече изследователи се присъединяват към тази технология, въпреки случайни проблеми.

ARIS Сонar в сложни среди: прецизно засичане и измерване на риби

Експлоатационни предимства на ARIS Сонar за засичане и измерване на риби в мътни води

Системата за сонарно изображение с адаптивна резолюция, известна като ARIS, работи изключително добре, когато видимостта е слаба и обикновените оптични методи вече не дават резултат. Сонарът излъчва сигнали с висока честота около 1,8 MHz, които могат да проникват през калта и утайките във водата. Той създава изображения с толкова висока детайлност, че могат да разпознаят отделни форми на риби с доста голяма точност – около 0,3 градуса по ширина на лъча. Това има голямо значение при определянето на размерите на дънните видове, като сом и карас, в мътните реки, където всичко изглежда еднакво. Проучване, публикувано в „Fisheries Research“ през 2021 г., показа още един интересен резултат. При тестовете с ARIS в условията на замърсен аквариум били правилно разпознати около 82 процента от различните видове риби. Вместо да разчита на цветовете, които губят яснота в мътната вода, системата анализира движението на рибите и формата на телата им. Полеви специалисти, използвали тази технология, сочат, че оценките отнемат приблизително с 40 процента по-малко време в сравнение с мрежово улавяне в същите води, което е особено важно по време на сложни полеви проучвания, където всеки момент има значение.

Кейс Стъдър: Внедряване на ARIS за проучвания на сом в река Мисисипи

През 2022 година учените разположиха тези модерни системи ARIS 3000 на протежение от около 15 мили силно замърсени водни пътища, вливащи се в река Мисисипи. Откритието им беше доста изненадващо. Сонарното оборудване успя да различи отделни размери на сомове до около 2 сантиметра, дори когато цели стада бяха плътно натрупани един до друг като тесто за царевично хлебче. Оказа се, че там има приблизително 18 700 възрастни риби, които се размножават — много повече, отколкото са предполагали досега. По-късно те провериха тези данни чрез извършване на избирателно мрежоване. Най-доброто? Този метод не е нарушил никакви места за нерест, което е от голямо значение за опазването на видовете. Освен това предостави на рибарите незабавна информация за действителния брой риби, без да се налага да чакат седмици за традиционни проучвания.

Стратегия: Оптимизиране на разположението на преобразувателя и честотата на кадри за различаване на стадата

За най-добри резултати поставете ARIS преобразувателите на около 1,2 до 1,5 метра под повърхността на водата. Тази дълбочина помага да се постигне добър баланс между обхвата на системата за откриване на обекти (максимум около 40 метра) и възможността за получаване на детайлизирани изображения с резолюция от приблизително 2 мм на пиксел. При силни водни течения увеличаването на честотата на кадрите до 15 кадъра в секунда прави голяма разлика. Забелязахме, че иначе ясните измервания се нарушават от размазване вследствие движение, когато се изчисляват дължините на рибите в бързо движеща се вода. Полевият ни опит разкри и нещо интересно: накланянето на сонарния уред под ъгъл около 30 градуса по посока на течението значително подобрява възможността да различаваме отделни риби в стада. Това работи особено добре в мътни води с високо съдържание на утайки, като според нашите тестове подобрява способността за дискриминация с около една трета.

Технически ограничения и постижения в точността на високочестотните сонари

Съотношение между дължина на вълната и резолюция на целта при измервания с високочестотен сонар

Подводните детекционни устройства, работещи на честоти над 1 MHz, постигат резолюция в милиметров мащаб, но са изложени на обратна зависимост между честотата и ефективния обхват. По-късите вълни (2,3 mm при 1,6 MHz) позволяват прецизни измервания на рибни гръбначни стълбове, докато системите под 500 kHz жертват детайли за сметка на 30% по-голямо проникване в дълбочина. Риболовните стопанства вече използват системи с честота 1,2–2 MHz, където дълбочините под 25 m позволяват баланс между резолюция на целта от 0,5 cm и запазване на 85% от сигнала. Нови алгоритмични постижения преодоляват смущенията от мътността чрез анализ на разликата във фазата на сигналите.

Данни: 92% корелация между проби с мрежа и показания на сонар 1,6 MHz (NOAA, 2022)

Компаративното проучване на NOAA в естуарите на залива Чесапийк сравни дължините на рибите, установени чрез сонар, с уловените с мрежа примери от 12 вида. Системите с 1,6 MHz постигнаха: - средна абсолютна грешка от 2,8% за райска риба (в диапазона 35–80 см) - 91,7% припокриване в хистограмите на разпределение по размер Възникването на несъответствия се дължи основно на дълбочини над 18 м, където акустичните сенки намаляват съгласуваността на измерванията с 14%.

Парадокс в индустрията: По-висока честота – винаги по-добре – Загуба на сигнала в дълбока вода

Въпреки че системите с 2,4 MHz разграничават детайли с размер 0,3 см, тяхният ефективен обхват намалява с 48% на всеки 10 м увеличение на дълбочината поради загуби от сферично разпространение. На дълбочина 40 м алтернативите в диапазона 400–700 kHz запазват точност на разпознаване на целите от 72%, докато високочестотните устройства достигат само 29%. Термоклините в студената вода допълнително влошават високочестотните сигнали – полеви тестове от 2023 г. показаха, че скоростта на затихване на лъча при 1,8 MHz се утроява под слоевете с температура под 10°С.

Измерване на размера на риба на терен срещу традиционни методи: Практическо сравнение

Предимства на преносимостта и скоростта при методите за измерване на размера на рибата на терен

Изследователите вече имат достъп до някои впечатляващи подводни устройства, които им позволяват да броят риба с помощта на малки ръчни сонари, тежащи по-малко от 4 кг. Тези устройства могат да се хвърлят от миниатюрни лодки или дори от брега, което е голямо подобрение спрямо старомодните методи, при които големи екипи прекарват целия ден, влачейки мрежи през водата, след което прекарват часове в сортиране на улова. Новите полеви системи предоставят незабавни данни за размера на цялото ято, често само за около 10 минути. Тестовете показват, че преносимите сонари за визуализация постигат точност от около 89%, дори когато видимостта е много слаба, като се представят на същото ниво като скъпите лабораторни уреди, но без да се налага да се чакат дни за резултати след изпращане на пробите към лабораторията.

Сравнение между сонара и традиционните методи за измерване на риба: проби чрез улов срещу безконтактно визуализиране

Когато учените хващат риба, за да я изследват, те всъщност нарушават екосистемата и пропускат някои важни детайли относно размера. Водолазите често пропускат по-голямата риба при измерване на популациите в рифовете, като преуменшават дължините с около 12% според проучвания със стерео-сонден технология. Ненавлизателните методи за визуализация дават по-добри резултати, без да убиват или нанасят вреда на морските организми. В качеството на пример може да се посочи публикация в „Fisheries Research“, където се сочи, че показанията на сондата за популациите на октоподи са били с около 5% по-точни в сравнение с визуалните наблюдения под водата от водолази. Въпреки това, традиционните методи продължават да се използват, защото са необходими за определени видове биологична информация, които сондата все още не може да регистрира, например ценни годишни пръстени в рибните кости, които разкриват много за тяхната история и модела на растеж.

Стратегия: Хибридни програми за мониторинг, комбиниращи сондиране и физическо дърпане на мрежи

Риболовните управления все по-често комбинират редовни сонарни сканирания, обхващащи около 2 до 5 квадратни километра всеки ден, с избираемо дъноносящо уловване, извършвано с около 10% от обичайната интензивност. Комбинацията намалява щетите върху морските местообитания с приблизително 40 до 60 процента и освен това позволява на изследователите да проверяват това, което виждат на екраните на сонарите, с действително уловената в мрежите риба. Според резултатите от пробния проект на NOAA миналата година, този смесен метод доведе до около 18% по-малко мъртва риба, изхвърляна обратно в океана, в сравнение само с традиционни проучвания чрез дъноносящо уловване. Така че, по същество, комбинирането на различни техники изглежда работи по-добре както за защита на екосистемите, така и за получаване на точна информация за популациите от риби.