התפקיד של ציוד זיהוי תת-מימי בניהול דיגים מודרני

תופעה: המעבר לנהלי דיג מבוססי טכנולוגיה

תעשיית דיג השתנתה רבות מאז סביבות שנת 2020. כשליש משני שלישים מספינות הדיג המסחריות הגדולות משתמשות כיום בחיישנים תת-ימיים וציוד טכנולוגי אחר כדי ללכוד דגים בצורה טובה יותר ולעמוד בכללי הסביבה. למה? ובכן, מחקר חדש שפורסם בשנת 2024 מראה כי כאשר דייגים אומצים טכנולוגיות אלו, הם לוכדים ב-41 אחוז פחות דגים צעירים בהשוואה לאלה המשתמשים בשיטות ישנות. רוב הקפטנים במים היום סומכים על דברים כמו מערכות סונר רב-קרן יחד עם תוכנות שיכולות להבחין בין סוגי דגים שונים. כלים אלו עוזרים להם לראות היכן ממוקמים עדרי הדגים בכל הכיוונים, מה שמקל על הامتثال לכללים הנוגעים לגודל מינימלי של דגים לפני הקטיף.

עיקרון: איך סונר משפר הערכת מאגרי דגים

טכנולוגיית הסונאר להדמיה המתקדמת ביותר יכולה באמת לזהות צורות של דגים בודדים בתוך עדרים צפופים של דגים, על ידי שיגור קרני תדר בת 1.8 מגה-הרץ. מבחני כיול מראים שהמדידות קרובות למדי, עם סטייה של כ-7 ס"מ באורך הדגים. מה שמייחד את מערכות אלו הוא היכולת שלהן לסרוק בשני צירים. במקום להביט רק בפני המים כמו שעושים מכשירי אקו-סאונדר מסורתיים, הן מחשבות את המסה האורגנית בהתבסס על מדידות נפח לאורך עמוד המים. דייגים וחוקרים ביצעו השוואה בין זה ללכידות טרלה אמיתיות, והתוצאות התאימו בכ-89% מהמקרים כשמדובר בזיהוי סוגי הדגים הקיימים, גם במים פתוחים וגם באוכלוסיות שחיות בקרקעית.

מגמה: אינטגרציה של נתונים בזמן אמת בפעולות דיג מסחרי

דייגים יכולים כעת לקבל את קריאות הסונר שלהם מעובדות ומצוגות על לוחות מחוונים מחוברים לוויין, פחות או יותר 90 שניות לאחר סריקת המים, מה שעוזר להם לנהל את מכסות הדיג שלהם בזמן אמת. המערכת החדשה מאפשרת לקפטנים להתמקד באזורים שבהם יש הרבה דגים בוגרים, תוך הימנעות מאזורים מוגנים וממקומות שבהם הדגים קטנים מדי. תוצאות ראשוניות מאזורים של דייג סרדינים באוקיינוס האטלנטי הצפוני מראים גם כן משהו מעניין. כשספינות משולבות את מפות הסונר בזמן אמת עם ציוד המיון האוטומטי שלהן, הן שומרות כ-23 אחוזים יותר מהדגים הנכונים. זה הגיוני, כי אף אחד לא רוצה לבזבז זמן על רדיפה אחרי הדברים הלא נכונים ים-עמימה.

איך סונר דימות מאפשר הערכה מדויקת לאורך הדג

מערכות סונר דימות מהוות מהפכה בהערכת ביומסה של דגים על ידי אספקת יכולות למדידת אורך ללא פגיעה. התקדמויות אחרונות בעיבוד אותות ובטכנולוגיית משדרים מאפשרות למערכות אלו להשיג דיוק ברמת מילימטרים גם בתנאים תת-מימיים קשים.

גישות אלגוריתמיות וכיול בהערכת אורך דגים באמצעות סונר דימות

מערכות הסונר להדמיה של היום פועלות על ידי שילוב טכניקות זיהוי קצוות עם למידת מכונה כדי לקרוא את הצללים האקוסטיים המאתגרים האלה ולזהות שלפוחי שחייה בדגים. כמה מבחנים שבוצעו בשנה שעברה הראו שמערכות אלו מגיעות כמעט לקריאות מושלמות, עם דיוק של כ-97% במדידות לאורך שש דוגמאות שונות של דגים חשובים מסחרית, אך רק כאשר הן היו ממויינות נכון מול אובייקטים ייחוס סטנדרטיים באורך ידוע. מרבית המומחים ממליצים לבצע כיולים יומיים הכוללים גם מוטות מתכת קבועים וגם דגים חיים אמיתיים הנשמרים בשבי. זה עוזר לפצות על השפעת השינויים בטמפרטורה על ציוד הסונר עצמו לאורך זמן. ביצוע נכון של כיולים אלה הוא מה שמשנה את כל ההבדל ביצירת איסוף נתונים מהימן מתחת למים.

אימות בשטח של הערכות גודל סונר ברזולוציה גבוהה

בדיקות מבוצעות בים ברינג מצאו התאמה של כ-92 אחוז (כפי שדווח ע"י NOAA בשנת 2022) בין האורכים שנסברו על ידי הסונר לבין המדידות הממשיות שנלקחו מהרשתות, תוך בחינת כ-15 אלף דגימות דגים בודדות. ההפרש של 8 האחוז הנותרים נבע בעיקר מסוגי הדגים הימיים הפתוחים והמהירים, dado שהסונר תופס תמונות רק במהירות של 30 פריימים לשנייה ולפעמים מפספס את הרגע שבו יצורים אלו מתרחבים לחלוטין במהלך התנועה. ציוד מודרני מנסה לפתור בעיה זו באמצעות הרצת תוכניות מחשב מיוחדות שמבחינות בכמה זוויות שונות של עדרי דגים הן מעל והן מתחת לפני המים כדי להשיג הערכות טובות יותר בסך הכול.

ניתוח מחלוקת: סתירות בין זיהוי ויזואלי למדידות המבוססות על סונר

סונר הדמיה בהחלט מונע את ההטויות במדידה שצלמים יכולים להכניס, אך עדיין קיימת מחלוקת לגבי היעילות שלו לדגים ששטחם כמו הסקופינה. מחקר משנת שעברה הראה דבר מעניין – לסוגים שטוחים היו הבדלים בגודל שנמדד של כ-22% יותר מאשר בסוגי דגים עגולים יותר. הנושא הוא apparently שהציוד הסונרי מתבלבל מהאופן שבו יצורים שטוחים אלה מונחים על קרקעית הים, ומבלה את הזווית שלהם בשינויים באורך האמיתי. אבל הנה החדשות הטובות: כשאנשים החלו להשתמש במערכות דו-קרן מתקדמות שבודקות מדידות הן בסריקות אופקיות והן אנכיות, שיעורי השגיאה ירדו למטה מ-5%. ברור למה יותר ויותר חוקרים קופצים על הטכנולוגיה הזו, למרות התנודות המתרחשות מדי פעם.

סונר ARIS בסביבות מורכבות: זיהוי ומדידת דייג במדויק

יתרונות תפעוליים של סונר ARIS לזיהוי ומדידת דגים במים עכורים

מערכת הסונר ליצירת תמונות ברזולוציה מתאימה, הידועה בשם ARIS, פועלת היטב במיוחד כשנראות מוגבלת ואשר טכניקות אופטיות רגילות כבר לא יעילות. הסונר שולח אותות בתדר גבוה של כ-1.8 MHz שיכולים לחדור דרך כל החומצה והשלט במים. המערכת מייצרת תמונות מפורטות מאוד, עד כדי זיהוי צורות דגים בודדים בדיוק של כ-0.3 מעלות ברוחב אלומה. עובדה זו חשובה במיוחד לקביעת גודלן של יצורים חיים בקרקעית, כגון דגי סיס וקרפיון, בנחלים מעוררים שבהם הכל נראה אותו דבר. מחקר שפורסם בכתב העת Fisheries Research בשנת 2021 הראה גם תוצאה מעניינת: כאשר ניסו את מערכת ARIS בתנאי אקווריום עכורים, הם הגיעו לזיהוי נכון של כ-82 אחוז ממיני הדגים השונים. במקום להסתמך על צבעים, שמוחלפים במים מלוכלכים, המערכת בודקת את תנועת הדג ואת צורת גופו. עובדים בשטח שמשתמשים בטכנולוגיה הזו מסרו שהערכות זמן קצרות בכ-40 אחוז לעומת שיטות של גרירת רשתות דרך אותם מים, מה שחשוב במיוחד במהלך סקרי שטח קשים שבהם כל דקה נחשבת.

מקרה למידה: פריסת ARIS בסקרי חתולים בנהר המיסיסיפי

ב-2022, מדענים פיזרו את מערכות ה-ARIS 3000 המתקדמות לאורך כ-15 מיילים של מסלולי מים עכורים מאוד שמתמזגים אל נהר המיסיסיפי. מה שנמצא היה די מפתיע למעשה. ציוד הסונאר שלהם יכל להבחין בין גדלים בודדים של דגי חתול כבר מגודל של כ-2 ס"מ, גם כאשר עדרים שלמים היו צפופים יחד כמו קציצת תירס. התברר שהיו שם בערך 18,700 דגים בוגרים המתרבים, הרבה יותר ממה שמישהו ציפה קודם לכן. הם בדקו את המספרים מאוחר יותר באמצעות פעולות דerosה נבחרות. החלק הכי טוב? השיטה הזו לא הפריעה לשום אזורי הרבייה, מה שמאוד משמעותי למאמצי שימור. בנוסף, היא סיפקה לבעלי הדיג נתונים מיידיים על מספר הדגים שנוכחים באמת, מבלי שיהיה צורך לחכות שבועות לביצוע סקרים מסורתיים.

אסטרטגיה: אופטימיזציה של מיקום משדרים וקצב פריימים להבחנה בין עדרים

לתוצאות מיטביים, יש להציב את הממיריים של ARIS בגובה של כ-1.2 עד 1.5 מטרים מתחת לפני המים. עומק זה עוזר להשיג איזון טוב בין טווח זיהוי המערכת (כ-40 מטרים לכל היותר) לבין יכולת קבלת תמונות מפורטות בהפרדה של כ-2 מ"מ לדפיקסל. כשיש זרימה חזקה במים, הגברת معدل התצוגה ל-15 פריימים לשנייה יוצרת הבדל משמעותי. שים לב כי קריאות ברורות אחרת עשויות להסתבר בגלל תעתועי תנועה בעת חישוב אורכי דגים במים זורמים במהירות. ניסיון השטח שלנו חשף גם תופעה מעניינת: נטיה של יחידת הסונאר בזווית של כ-30 מעלות עם כיוון הזרם משפרת בצורה משמעותית את היכולת להבחין בין דגים בודדים בתוך עדרים. דרך זו עובדת במיוחד טוב במים טurbידיים עם ריכוז גבוה של שפכים, ונותנת לנו, לפי מבחני השטח שלנו, יכולת הבחנה טובה בכ-שליש.

מגבלות טכניות והתקדמות בדיוק סונאר בתדירות גבוהה

מיפלאות אורך גל מול דיוק מטרה במדידות סונר בתדר גבוה

ציוד זיהוי תת-מימי הפועל מעל 1 מ"ה מגיע לדיוק של סדר גודל של מילימטרים, אך נתקל ביחס הפוך בין תדר לטווח יעיל. אורכי גל קצרים יותר (2.3 מ"מ ב-1.6 מ"ה) מאפשרים מדידות מדויקות של עצמות דגים, בעוד שמערכות המשמשות תדרים מתחת ל-500 ק"ה מוותרות על פרטוט לצורך חדירה למקטעים גדולים יותר בשיעור של 30%. כיום, משתמשים במערכות של 1.2–2 מ"ה באזורים בהם עומק של פחות מ-25 מטר מאפשר לאזן בין רזולוציית מטרה של 0.5 ס"מ לשימור 85% מהסיגנל. התקדמות טכנולוגית אחרונה בתחום האלגוריתמים מאפשרת להתגבר על הפרעות הנגרמות על ידי עכירות באמצעות ניתוח רצף הבדלי פאזה.

נקודת מידע: 92% מתאם בין דגימות ברשת למדידות סונר של 1.6 מ"ה (NOAA, 2022)

המחקר ההשוואתי של NOAA באגמי מפרץ צ'ספיקי אימת אורכי דגים הנגזרים מסונאר מול תפיסות בקערה לאורך 12 מינים. מערכות בתדר 1.6 MHz השיגו: - שגיאה ממוצעת מוחלטת של 2.8% לדג חוטם (טווח 35–80 ס"מ) - חופף של 91.7% בהיסטוגרמות התפלגות הגודל. סטיות התרחשו בעיקר במים בעומק גדול מ-18 מטר, שם הפחתה של 14% ע"× consistency של המדידה עקב צללים אקוסטיים.

פרדוקס התעשייה: תדר גבוה יותר – תמיד טוב יותר – דעיכת אות במים עמוקים

בעוד שמערכות בתדר 2.4 MHz יכולות להבחין בתכונות בגודל 0.3 ס"מ, הטווח האפקטיבי שלהן קטן ב-48% עם כל עליה של 10 מטר בעומק, בשל אובדן פיזור כדורי. בעומק 40 מטר, טווחי תדר של 400–700 kHz שומרים על דיוק זיהוי מטרה של 72%, לעומת 29% ליחידות בתדר גבוה. תרמוקלינות של מים קרים מפגרות עוד יותר את האותות בתדר גבוה – מבחני שדה משנת 2023 הראו שהדעיכה של קרן בתדר 1.8 MHz משלושת עצמה מתחת לשכבות מתחת ל-10° צלזיוס.

מדידת גודל דגים בשטח לעומת שיטות מסורתיות: השוואה מעשית

יתרונות ניידות ומהירות של טכניקות מדידת גודל דגים בשטח

חוקרים יכולים כעת לגשת לציוד צילום תת-מימי מתקדם יחסית, המאפשר להם לספור דגים באמצעות מכשירי סונר קטנים שמשקלם פחות מ-4 ק"ג. ישויות אלו ניתן לשגר מסירות קטנות ואפילו מהיבשה, מה שמהווה שיפור משמעותי לעומת השיטות הישנות שבהן קבוצות גדולות היו מבזבזות את כל היום בסחיבה של רשתות במים, ולאחר מכן מבלים שעות ארוכות במיון הדוגרים שהושגו. מערכות השטח החדשות מספקות קריאות מיידיות לגבי גודל עדר הדגים כולו, לעתים תוך פחות מ-10 דקות. מבחנים הראו שמדדי הסונר הניידים מגיעים לדיוק של כ-89%, גם כאשר הראות הייתה גרועה ביותר, ומשיגים ביצועים דומים לאלו של מכשירי מעבדה יקרים, מבלי להמתין ימים לתוצאות לאחר שליחת דוגמאות אל המעבדה.

השוואה בין שיטת סונר לשיטות מסורתיות למדידת דגים: דגירה מבוססת איסוף מול צילום ללא פגיעה

כשמדענים תופסים דגים למחקר, הם למעשה מפריעים לאקוסיסטמה ופספסים פרטים חשובים על הגודל. צוללנים נוטים להחמיץ דגים גדולים יותר בעת מדידת אוכלוסיות האלמוגים, ומעריכים את האורכים בירידה של כ-12% לפי מחקרים שמשתמשים בטכנולוגיית סונאר סטריאו. טכניקות הדמיה לא פולשניות מציעות תוצאות טובות יותר מבלי להרוג או לפגוע בחיים הימיים. קחו לדוגמה את העבודה שפורסמה בכתב העת Fisheries Research, שבה התברר כי קריאות סונאר לאוכלוסיית הדגים 'סנפר' היו דיוקיות בכ-5% יותר מאשר הספירה החזותית שמתחת למים של הצוללנים. עם זאת, שיטות ישנות ממשיכות להתקיים מכיוון שהן חיוניות לאיסוף סוגים מסוימים של מידע ביולוגי שלא ניתן עדיין לקבל באמצעות סונאר, כמו טבעות הגיל היוקרתיות שבתוך עצמות הדג, שמספרות לנו כל כך הרבה על ההיסטוריה ועל דפוסי הצמיחה שלו.

אסטרטגיה: תוכניות עקיבה היברידיות המשלבות סונאר וגיזום פיזי

קבוצות ניהול דגים משתמשות בהולכי רגל בתדירות גבוהה יותר בשילוב של סריקות סונר רגילות, המכסות כ-2 עד 5 קמ"ר מדי יום, עם דיג בודד שנעשה בעוצמה של כ-10% מהעוצמה הרגילה. שילוב זה מקטין את הנזק לשרשראות ימיות בכ-40 עד 60 אחוזים, וכן מאפשר לחוקרים לבדוק את מה שהם רואים על מסכי הסונר מול דגים אמתיים שנלכדו ברשתות. לפי התוצאות מניסוי שהריצה NOAA בשנה שעברה, השיטה המשולבת הביאה לכ-18% פחות דגים מתים שהושלכו חזרה לאוקיינוס, בהשוואה לבדיקות דיג מסורתיות בלבד. אז בעצם, שילוב של טכניקות שונות נראה שעובד טוב יותר הן להגנה על מערכות אקולוגיות והן לאיסוף מידע מדויק על אוכלוסיות הדגים.