Rollen til utstyr for undervannsdeteksjon i moderne forvaltning av fiskerier

Fenomen: Skiftet mot teknologidrevne fiskerimetoder

Fiskeindustrien har endret seg ganske mye siden omtrent 2020. Omtrent to tredeler av de store kommersielle fiskebåtene bruker nå undervannssensorer og annet teknisk utstyr for å fange fisk bedre og følge miljøreglene. Hvorfor? Nye forskningsresultater som kommer i 2024 viser at når fiskere tar i bruk disse teknologiene, ender de opp med å fange 41 prosent færre unge fisk sammenlignet med dem som bruker eldre metoder. De fleste kapteiner på havet i dag stoler på ting som multibint sonarsystemer sammen med dataprogrammer som kan skille ulike fisk fra hverandre. Disse verktøyene hjelper dem med å se hvor skolefisk befinner seg i alle retninger, noe som gjør det enklere å overholde reglene om minimumsstørrelse på fisk før uttak.

Prinsipp: Hvordan sonar forbedrer vurdering av fiskeressurser

Den nyeste bildesonearteknologien kan faktisk skille ut enkelte fiskeformer inne i tette skvader ved å sende ut 1,8 MHz frekvensstråler. Kalibreringstester viser at den gir ganske nøyaktige målinger også, omtrent pluss eller minus 7 cm på fiskelengder. Det som gjør disse systemene spesielle, er deres evne til scanning langs to akser. I stedet for bare å se på overflaten som tradisjonelle ekkoletter gjør, beregner de biomasse basert på volummålinger gjennom hele vannsøylen. Fiskere og forskere har testet dette mot faktiske trålfangster, og resultatene stemmer overens omtrent 89 % av gangene når det gjelder å finne ut hvilke fiskeslag som er til stede, både blant fisk i åpent vann og bunnlevende bestander.

Trend: Integrasjon av sanntidsdata i kommersielle fiskeoperasjoner

Fiskere kan nå få sine sonaravlesninger prosessert og vist på satellittkoblede instrumentpaneler omtrent 90 sekunder etter at de har skannet vannet, noe som hjelper dem med å håndtere fangstkvotene underveis. Det nye systemet lar båtførere konsentrere seg om områder der det er mange modne fisk, samtidig som de unngår beskyttede områder og steder der fisken er for liten. Tidlige resultater fra sildfiskefeltene i Nord-Atlanteren viser også noe interessant. Når båter kombinerer disse sanntids sonarkartene med sin automatiske sorteringsutstyr, beholder de omtrent 23 prosent flere av riktig type fisk. Det gir mening, for ingen vil spilde tid på å jakte på feil ting ute til havs.

Hvordan bildesonar muliggjør nøyaktig estimering av fislengde

Avbildende sonarsystemer har revolusjonert vurdering av fiskbiomasse ved å gi ikke-invasive målemuligheter for lengde. Nyere fremskritt innen signalbehandling og transduserteknologi gjør at disse systemene kan oppnå millimeterpresisjon, selv under utfordrende undervannsforhold.

Algoritmiske tilnærminger og kalibrering ved estimert fislengde ved bruk av avbildende sonar

Dagens bildedannende sonarsystemer fungerer ved å kombinere kantdeteksjonsteknikker med maskinlæring for å lese de vanskelige akustiske skyggene og oppdage svømmeblærer hos fisk. Noen tester utført i fjor viste at disse systemene kom ganske nær perfekte målinger, med omtrent 97 % nøyaktighet for målinger over seks ulike typer kommersielt viktige fisk, men bare når de var riktig kalibrert mot standardreferanseobjekter med kjent lengde. De fleste eksperter foreslår daglige kalibreringer som inkluderer både faste metallstenger og faktiske levende fisk holdt i fangenskap. Dette hjelper til med å kompensere for hvordan temperaturforandringer kan påvirke selve sonarutstyret over tid. Å få til disse kalibreringene riktig gjør all forskjellen for å sikre pålitelig datainnsamling under vann.

Feltvalidering av størrelsesestimater fra høyoppløselig sonar

Tester ute i Beringhavet viste at det var omtrent en 92 prosent samsvar (som rapportert av NOAA tilbake i 2022) mellom hva sonaren målte av fiskelengder og de faktiske målingene tatt fra nett, basert på rundt 15 tusen individuelle fiskesprøver. De andre 8 prosentene skyldtes hovedsakelig de hurtigbevegelige åpent hav-fisketyper, siden sonaren bare registrerer bilder med 30 bilder per sekund og noen ganger ikke fanger når disse dyrene strekker seg fullstendig under bevegelse. Moderne utstyr prøver å løse dette problemet ved å kjøre spesielle dataprogrammer som analyserer flere ulike vinkler av skole med fisk både over og under vannoverflaten for å få bedre totaloversikt.

Kontroversanalyse: Avvik mellom visuell identifisering og målinger fra sonar

Avbildende sonar eliminerer definitivt de irriterende måleavvikene som dykkere kan introdusere, men det er fremdeles noe uenighet om hvor godt det fungerer for fisk som er flate som torsk. En studie fra i fjor viste noe interessant – flatfisk hadde omtrent 22 % større avvik i målte størrelser sammenlignet med rundere fisketyper. Problemet ser ut til å være at sonarutstyret blir forvirret av hvordan disse flate skapningene ligger mot sjøbunnen, og tolker vinkelen feilaktig som endringer i lengde. Men her kommer det gode nyheten: da folk begynte å bruke de avanserte dobbelstrålesystemene som kontrollerer målinger både i horisontale og vertikale scanninger, sank feilraten under 5 %. Det gir mening at stadig flere forskere tar i bruk denne teknologien, selv om det av og til oppstår problemer.

ARIS-sonar i komplekse miljøer: Presis fiskdeteksjon og -måling

Driftsfordeler med ARIS-sonar for fiskdeteksjon og -måling i grumsete vann

ARIS-systemet (Adaptive Resolution Imaging Sonar) fungerer svært godt når siktforholdene er dårlige og vanlige optiske metoder ikke lenger holder mål. Sonaren sender ut høyfrekvente signaler på omtrent 1,8 MHz som faktisk kan se gjennom alt mudder og silt i vannet. Den produserer bilder så detaljerte at de kan skille individuelle fiskeformer med ganske god nøyaktighet, omtrent 0,3 grader presisjon på breddevinkelen. Dette er svært viktig for å bestemme størrelsen på bunndyr som måke og karpe i disse grumsete elvene der alt ser likt ut. En studie publisert i Fisheries Research tilbake i 2021 viste også noe interessant. De testet ARIS under tåkete akvariumforhold og oppnådde omtrent 82 prosent riktige identifikasjoner av ulike fiskearter. I stedet for å basere seg på farger som blir borte i skitne vann, analyserer systemet hvordan fisken beveger seg og kroppens form. Feltarbeidere som har brukt denne teknologien, sier at vurderingene tar omtrent 40 prosent mindre tid enn å dra nett gjennom de samme områdene, spesielt viktig under de utfordrende feltundersøkelsene der hver eneste minutt teller.

Case Study: ARIS-utplassering i undersøkelser av måkesild i Mississippielven

Tilbake i 2022 plasserte forskere de fine ARIS 3000-systemene langs omtrent 15 mil med svært grumsete vannveier som renner ut i Mississippielven. Det de fant var faktisk ganske overraskende. Sonarutstyret deres klarte å skille mellom individuelle måkesilds størrelser ned til cirka 2 centimeter, selv når hele skoler satt tett sammen som maisbrød. Det viste seg at det bodde omtrent 18 700 voksne fisk som gyter der, langt flere enn noen hadde anslått tidligere. De verifiserte disse tallene senere ved å gjennomføre noe målrettet nett-fangst. Det beste? Denne metoden forstyrret ikke gyteområdene i det hele tatt, noe som er svært viktig for bevaringsarbeid. I tillegg ga den fiskerifolkene umiddelbar data om hvor mange fisk som faktisk var til stede, uten å måtte vente uker på tradisjonelle undersøkelser.

Strategi: Optimalisering av transducer-plassering og bildefrekvens for skole-diskriminering

For beste resultater, plasser ARIS-transdusere omtrent 1,2 til 1,5 meter under vannets overflate. Denne dybden hjelper til å oppnå en god balanse mellom hvor langt systemet kan detektere objekter (ca. 40 meter maksimum) og samtidig få detaljerte bilder ned til omtrent 2 mm per pikseloppløsning. Når man har med sterke vannstrømmer å gjøre, gir økt bildefrekvens på 15 bilder per sekund stor forskjell. Vi har observert at ellers klare målinger forstyrres av bevegelsesukenhet når fiskelengder beregnes i hurtigflytende vann. Våre feltresultater har også vist noe interessant. Å vinkle sonaren ca. 30 grader nedstrøms øker betydelig vår evne til å skille individuelle fisk fra hverandre i skoler. Dette fungerer spesielt godt i matete vann der sedimenteringsnivåene er høye, og gir oss omtrent en tredjedel bedre diskrimineringskapasitet ifølge våre testkjøringer.

Tekniske begrensninger og fremskritt innen nøyaktighet for høyfrekvent sonar

Bølgelengde kontra målopplosningens avveining ved høyfrekvent sonarmåling

Undervannsdeteksjonsutstyr som opererer over 1 MHz oppnår millimeter-nøyaktig oppløsning, men står overfor en omvendt sammenheng mellom frekvens og effektiv rekkevidde. Kortere bølgelengder (2,3 mm ved 1,6 MHz) gjør det mulig å foreta nøyaktige målinger av fiskeryggrad, mens systemer under 500 kHz ofrer detaljer for 30 % større dykk i vann. Fiskeflåter setter nå inn 1,2–2 MHz-systemer der dyp under 25 m tillater en balanse mellom 0,5 cm målopplosning og 85 % signaletabilitet. Nylige algoritme-oppgraderinger overvinner turbiditetsforstyrrelser gjennom faseforskjellssekvensanalyse.

Datapunkt: 92 % korrelasjon mellom nettprøvetaking og 1,6 MHz sonaravlesninger (NOAA, 2022)

NOAA's sammenlignende studie i Chesapeake Bay-estuarer verifiserte sonaravledede fiskelengder mot tråltak for 12 arter. Systemer med 1,6 MHz oppnådde: - 2,8 % gjennomsnittlig absolutt feil for strejf (35–80 cm rekkevidde) - 91,7 % overlapp i størrelsesfordelings-histogrammer Avvik oppstod hovedsakelig i vann dypere enn 18 m, der akustiske skygger reduserte målenøyaktighet med 14 %.

Industriparadoks: Høyere frekvens – alltid bedre – Signal svekkes i dypere vann

Selv om 2,4 MHz-systemer kan skille trekk på 0,3 cm, avtar deres reelle rekkevidde med 48 % per 10 meters dybdeøkning på grunn av sfærisk spredningstap. Ved 40 meters dybde beholder alternativer i området 400–700 kHz en gjenkjenningsnøyaktighet på 72 %, mot 29 % for høyfrekvente enheter. Kalde vannets termokliner svekker ytterligere høyfrekvente signaler – felttester fra 2023 viste at dempningen for 1,8 MHz-stråler tredobles under lag med temperatur under 10 °C.

Feltbasert versus tradisjonell måling av fiskestørrelse: En praktisk sammenligning

Bærbarhets- og hastegunner ved feltbaserte metoder for måling av fiskestørrelse

Forskere har nå tilgang til noe ganske imponerende utstyr for bruk under vann, som lar dem telle fisk ved hjelp av små håndholdte sonar-enheter som veier mindre enn 4 kg. Disse enhetene kan kastes ut fra små båter eller til og med fra land, noe som er en stor forbedring i forhold til eldre metoder der store teamer brukte hele dagen på å dra nett gjennom vannet og deretter tilbrakte mye tid på å sortere det de hadde fanget. De nye feltbaserte systemene gir umiddelbare målinger av størrelsen på hele skolen, ofte innen mindre enn 10 minutter. Tester viste at disse bærbare bildedannende sonarene oppnådde omtrent 89 % nøyaktighet, selv når siktforholdene var svært dårlige, og presterte dermed like godt som de dyre laboratorieinstrumentene – uten at man måtte vente dager på resultater etter at prøver ble sendt tilbake til laboratoriet.

Sammenligning av sonar med tradisjonelle metoder for fiskemåling: Fangstbasert prøvetaking kontra ikke-invasiv avbildning

Når forskere fanger fisk for å studere dem, forstyrrer de faktisk økosystemet og ender opp med å gå glipp av noen viktige detaljer om størrelse. Dypere har tendens til å overse større fisk når de måler revbefolkninger, og underslår lengdene med omtrent 12 % ifølge studier som bruker stereolyd-teknologi. Ikke-invasive avbildningsteknikker gir bedre resultater uten å drepe eller skade marint liv. Ta arbeidet publisert i Fisheries Research som et case – der fant man at lydmålinger for fladfisk-bestsand ga omtrent 5 % mer nøyaktige resultater enn det dykere kunne telle visuelt under vann. Likevel holder de eldre metodene seg fordi de er nødvendige for visse typer biologisk informasjon som lyd foreløpig ikke kan registrere, som de verdifulle aldersringene i fiskebein som forteller oss så mye om deres historie og vekstmønstre.

Strategi: Hybridovervåkingsprogram som kombinerer lyd og fysiske trål

Fiskeriforvaltningsgrupper kombinerer i økende grad regelmessige sonarundersøkelser som dekker rundt 2 til 5 kvadratkilometer hver dag, med selektiv trålfangst utført med omtrent 10 % av vanlig intensitet. Kombinasjonen reduserer skader på marine habitater med omtrent 40 til 60 prosent, og lar samtidig forskere kontrollere det de ser på sonarskjermene mot faktiske fisk fanget i nett. Ifølge resultater fra NOAAs prøveprosjekt i fjor førte denne kombinerte metoden til omtrent 18 % færre døde fisk kastet tilbake i havet sammenlignet med tradisjonelle tråltellerundersøkelser alene. Så kort sagt virker det som om at kombinere ulike teknikker fungerer bedre både for å beskytte økosystemer og for å få nøyaktig informasjon om fiskbestander.