Rollen for udstyr til undervandsdetektering i moderne fiskeriforvaltning

Fænomen: Skiftet mod teknologidrevne fiskerimetoder

Fiskeribranchen har ændret sig ret meget siden omkring 2020. Cirka to tredjedele af de store kommercielle fiskefartøjer bruger i dag undervandsensorer og andet teknisk udstyr for bedre at kunne fange fisk og overholde miljøregler. Hvorfor? Nye undersøgelser, der offentliggøres i 2024, viser, at når fiskere adopterer disse teknologier, ender de med at fange 41 procent færre unge fisk sammenlignet med dem, der bruger ældre metoder. De fleste skibsførere på vandet i dag er afhængige af ting som multibeam sonarsystemer samt computerprogrammer, der kan skelne mellem forskellige fisk. Disse værktøjer hjælper dem med at se, hvor fiskeskarer befinder sig i alle retninger, hvilket gør det lettere at overholde reglerne om minimumsstørrelse på fisk før udbytning.

Princip: Hvordan sonar forbedrer bestandsvurdering af fisk

Den nyeste billedgivende sonarteknologi kan faktisk identificere enkelte fiskeformer i tykke skarer ved at sende 1,8 MHz frekvensstråler ud. Kalibreringstests viser, at målingerne er ret præcise, cirka plus/minus 7 cm på fiskelængder. Det, der gør disse systemer fremtrædende, er deres evne til scanning på to akser. I stedet for kun at undersøge overfladen som traditionelle ekko-lod, beregner de biomasse baseret på volumenmålinger gennem hele vandsøjlen. Fiskere og forskere har testet dette mod faktiske trawl-fangster, og resultaterne stemmer overens omkring 89 % af gangene, når det gælder identifikation af hvilke fiskearter der er til stede, både blandt fisk i åbent vand og bundlevende populationer.

Trend: Integring af realtidsdata i kommercielle fiskerioperationer

Fiskere kan nu få deres sonarlæsninger behandlet og vist på satellitforbundne instrumentbræt cirka 90 sekunder efter scanning af vandet, hvilket hjælper dem med at håndtere deres fangstkvoter undervejs. Det nye system gør, at bådførere kan koncentrere sig om områder, hvor der er masser af modne fisk, samtidig med, at de undgår beskyttede områder og steder, hvor fiskene er for små. Tidlige resultater fra sildfiskerier i Nordatlanten viser også noget interessant. Når både kombinerer disse realtids sonarkort med deres automatiske sorteringsudstyr, beholder de omkring 23 procent flere af den rigtige slags fisk. Det giver mening, for ingen vil spilde tid på at jage forkerte arter ude til søs.

Hvordan billedsonar muliggør nøjagtig estimering af fiskelængde

Afbeeldningsloddssystemer har revolutioneret vurdering af fiskebiomasse ved at give mulighed for ikke-invasiv længdemåling. Nyere fremskridt inden for signalbehandling og transducerteknologi gør det muligt for disse systemer at opnå millimeterpræcision, selv under udfordrende undervandsforhold.

Algoritmiske tilgange og kalibrering ved estimation af fiskelængde ved brug af afbilledningslodd

Dagens billedgivende sonarsystemer fungerer ved at kombinere kantdetektionsteknikker med maskinlæring for at læse de vanskelige akustiske skygger og detektere svømmeblærer hos fisk. Nogle tests udført sidste år viste, at disse systemer kom ret tæt på perfekte aflæsninger, med omkring 97 % nøjagtighed for målinger over seks forskellige typer kommersielt vigtige fisk, men kun når de var korrekt kalibreret mod standardreferenceobjekter med kendt længde. De fleste eksperter foreslår daglige kalibreringer, som inkluderer både faste metalstænger og faktiske levende fisk holdt i fanget. Dette hjælper med at kompensere for, hvordan temperaturændringer kan påvirke selve sonarudstyret over tid. At få disse kalibreringer rigtigt tilrettegjort gør hele forskellen for at sikre pålidelig dataindsamling under vandoverfladen.

Feltvalidering af højopløselige sonarmål for størrelse

Test af operationer udført i Beringhavet viste, at der var omkring 92 procent overensstemmelse (som rapporteret af NOAA tilbage i 2022) mellem de længder, sonar målte for fisk, og de faktiske målinger taget fra net, baseret på cirka 15 tusind enkelte fiskesample. De resterende 8 procent forskel skyldtes hovedsageligt de hurtigt bevægende åbne havfiskearter, da sonar kun optager billeder med 30 billeder i sekundet og derfor nogle gange ikke registrerer, når disse dyr strækker sig fuldt ud under bevægelse. Moderne udstyr forsøger at løse dette problem ved at køre specielle computerprogrammer, som analyserer flere forskellige vinkler af skolede fisk både over og under vandoverfladen for at opnå bedre samlede estimater.

Kontroversanalyse: Uoverensstemmelser mellem visuel identifikation og sonar-afledte målinger

Billedeultralyd eliminerer definitivt de irriterende måleunøjagtigheder, som dykkere kan introducere, men der er stadig nogen uenighed om, hvor godt det fungerer for fisk, der ligger fladt som fx skarpskæg. En undersøgelse fra sidste år viste noget interessant – fladfisk havde cirka 22 % større afvigelse i målte størrelser sammenlignet med rundere fisketyper. Problemet ser ud til at være, at ultralydsudstyret bliver forvirret af, hvordan disse flade dyr ligger op ad havbunden, og tager fejl af deres vinkel som ægte længdeforandringer. Men her kommer det gode nyt: da folk begyndte at bruge de avancerede dobbeltsystems, som kontrollerer målinger både i vandret og lodret scanning, faldt fejlratet til under 5 %. Det giver god mening, at flere forskere nu tager teknologien i brug, trods lejlighedsvis problemer.

ARIS-ultralyd i komplekse miljøer: Præcis registrering og størrelsesbestemmelse af fisk

Operationelle fordele ved ARIS-ultralyd til registrering og størrelsesbestemmelse af fisk i turbulente vande

Adaptive Resolution Imaging Sonar-systemet, kendt som ARIS, fungerer rigtig godt, når synligheden er dårlig, og almindelige optiske teknikker ikke længere holder. Sonaren udsender højfrekvente signaler omkring 1,8 MHz, der faktisk kan se igennem alt det mudder og silt i vandet. Det skaber billeder så detaljerede, at de kan skelne individuelle fiskeformer med temmelig god præcision, cirka 0,3 graders nøjagtighed på strålebredden. Dette er meget vigtigt for at bestemme størrelserne af bundlevende fisk som f.eks. malør og karpe i de slørede floder, hvor alt ser ens ud. En undersøgelse offentliggjort i Fisheries Research tilbage i 2021 viste også noget interessant. De testede ARIS i skyede akvarieforhold og opnåede cirka 82 procent korrekte identifikationer af forskellige fiskearter. I stedet for at basere sig på farver, som toner ud i beskidt vand, analyserer systemet, hvordan fisken bevæger sig, og dens kropsholdning. Feltmedarbejdere, der har brugt denne teknologi, siger, at vurderinger tager cirka 40 procent mindre tid end at trække net gennem de samme vandområder, især vigtigt under de vanskelige feltundersøgelser, hvor hvert minut tæller.

Case Study: ARIS-implementation i Mississippiflodens målejeundersøgelser

Tilbage i 2022 udrustede videnskabsmænd de elegante ARIS 3000-systemer langs cirka 15 miles af meget slamsede vandløb, der løber ud i Mississippifloden. Det, de fandt, var faktisk ganske overraskende. Deres sonarudstyr kunne skelne mellem individuelle målejers størrelser ned til omkring 2 centimeter, selv når hele skarer var tætpakket som majsbrød. Det viste sig, at der var cirka 18.700 voksne fisk, der yngler der, langt flere end nogen havde gættet tidligere. De kontrollerede disse tal senere ved at udføre nogle udvalgte netfangster. Det bedste? Denne metode forstyrrede ikke ynglende områder overhovedet, hvilket er stort set for bevaringsindsatsen. Desuden gav det fiskerifolkene øjeblikkelig data over, hvor mange fisk der faktisk var til stede, uden at skulle vente uger på traditionelle undersøgelser.

Strategi: Optimering af transducerns placering og billedhastighed til skareadskillelse

For de bedste resultater placer ARIS-transducere cirka 1,2 til 1,5 meter under vandoverfladen. Denne dybde hjælper med at opnå en god balance mellem, hvor langt systemet kan detektere objekter (omkring 40 meter maksimum), og samtidig få detaljerede billeder ned til ca. 2 mm pr. pixelopløsning. Når der er tale om stærke vandstrømme, gør det stor forskel at øge billedhastigheden til 15 billeder i sekundet. Vi har bemærket, at ellers klare aflæsninger forringes af bevægelsesuskarphed, når fiskelængder beregnes i hurtigt strømmende vand. Vores feltoplevelse har også vist noget interessant. At vinkle sonaren cirka 30 grader nedstrøms forbedrer markant vores evne til at skelne mellem enkelte fisk i skarer. Dette virker særlig godt i mudrede vande med højt indhold af sediment, hvilket ifølge vores testkørsler giver os knap en tredjedel bedre diskriminationskapacitet.

Tekniske begrænsninger og fremskridt inden for nøjagtighed ved højfrekvent sonar

Bølgelængde versus målopløsning trade-offs ved højfrekvent sonarmåling

Undervandsdetektionsudstyr, der opererer over 1 MHz, opnår millimeter-omfang opløsning, men står over for en omvendt sammenhæng mellem frekvens og effektiv rækkevidde. Kortere bølgelængder (2,3 mm ved 1,6 MHz) muliggør præcise målinger af fiskeryggen, mens systemer under 500 kHz ofrer detaljer for 30 % større dybdepåløb. Fiskeriindustrien anvender nu 1,2–2 MHz systemer, hvor vanddybder under 25 m tillader afvejning mellem 0,5 cm målopløsning og 85 % signaltab. Nyere algoritmeudviklinger overvinder tågedomsforstyrrelser gennem faseforskel-sekvensanalyse.

Data punkt: 92 % korrelation mellem netprøvetagning og 1,6 MHz sonarmålinger (NOAA, 2022)

NOAA's sammenlignende undersøgelse i Chesapeake Bay-estuarer validerede sonar-afledte fiskelængder mod trawlfangster over 12 arter. Systemer med 1,6 MHz opnåede: - 2,8 % gennemsnitligt absolut fejlforhold for striber (interval 35–80 cm) - 91,7 % overlap i størrelsesfordelings-histogrammer. Afvigelser opstod primært i vanddybder over 18 m, hvor akustiske skygger nedsatte målenøjagtigheden med 14 %.

Industrins paradoks: Højere frekvens – altid bedre – Signaludhældning i dybt vand

Selvom 2,4 MHz-systemer kan genspejle detaljer på 0,3 cm, falder deres effektive rækkevidde med 48 % pr. 10 m dybdeforøgelse pga. sfærisk spredningstab. Ved 40 m dybde opretholder alternativer i området 400–700 kHz en genkendelsesnøjagtighed på 72 % i forhold til 29 % for højfrekvente enheder. Kolde vands termokliner forværrer yderligere højfrekvente signaler – feltundersøgelser fra 2023 viste, at attentuationsrater for 1,8 MHz stråler tredobles under 10 °C-lag.

Feltbaseret vs. traditionel måling af fiskestørrelse: En praktisk sammenligning

Bærbarhed og hastighedsfordele ved feltbaserede metoder til måling af fiskes størrelse

Forskere har nu adgang til nogle ret imponerende undervandsudstyr, der lader dem tælle fisk ved hjælp af disse lille håndholdte sonar-enheder, som vejer under 4 kg. Disse enheder kan kastes ud fra små både eller endda fra land, hvilket er en kæmpe forbedring i forhold til de gamle metoder, hvor store teams brugte hele dagen på at trække net gennem vandet og derefter tilbragte evigheder på at sortere det fanget materiale. De nye feltsystemer giver øjeblikkelige aflæsninger af, hvor stor hele skolen er, ofte inden for blot 10 minutter. Tests viste, at disse bærbare billedsonarer opnåede omkring 89 % nøjagtighed, selv når sigthøjden var meget dårlig, og ydede lige så godt som de dyre laboratorieinstrumenter, men uden at skulle vente dage for resultaterne efter at have sendt prøver tilbage til laboratoriet.

Sammenligning af sonar med traditionelle metoder til måling af fisk: Fanget-baseret prøvetagning mod ikke-invasiv billeddannelse

Når forskere fanger fisk for at studere dem, forstyrres økosystemet faktisk, og de ender med at overse nogle vigtige detaljer om størrelse. Dykkere har tendens til at overse større fisk, når de måler bestande på koraller, og ifølge undersøgelser baseret på stereo-sonar-teknologi undervurderes længderne med cirka 12 %. Ikke-invasive billedteknikker giver bedre resultater uden at dræbe eller skade havlivet. Tag arbejdet offentliggjort i Fisheries Research som et casestudie, hvor det blev konstateret, at sonarmålinger af brunfisksbestande var cirka 5 % mere præcise end det, dykkere kunne registrere visuelt under vandet. Alligevel bliver de traditionelle metoder vedholdende, fordi de er nødvendige for bestemte typer biologisk information, som sonar endnu ikke kan indsamle, såsom de værdifulde aldringsringe i fiskeknogler, der fortæller os så meget om deres historie og vækstmønstre.

Strategi: Hybride overvågningsprogrammer kombinerer sonar og fysiske trawl

Fiskeriforvaltningsgrupper kombinerer stigende grad almindelige sonarundersøgelser, der dækker omkring 2 til 5 kvadratkilometer hver dag, med selektiv trawling udført med cirka 10 % af den sædvanlige intensitet. Kombinationen reducerer skader på marine habitater med cirka 40 til 60 procent, og den giver samtidig forskere mulighed for at sammenligne det, de ser på sonarskærmene, med de faktiske fisk fanget i net. Ifølge resultaterne fra NOAA's forsøg i sidste år resulterede denne blandede metode i omkring 18 % færre døde fisk kastet tilbage i havet sammenlignet med traditionelle trawlingundersøgelser alene. Så grundlæggende set virker det bedre at kombinere forskellige teknikker, både for at beskytte økosystemer og for at få nøjagtige oplysninger om fiskbestandene.