Rollen av utrustning för undervattensdetektering i modern fiskförvaltning

Fenomen: Skiftet mot teknikstyrt fiskerede

Fiskeindustrin har förändrats ganska mycket sedan cirka 2020. Ungefär två tredjedelar av de stora kommersiella fiskebåtarna använder idag undervattenssensorer och annan teknisk utrustning för att fånga fisk effektivare och följa miljöregler. Varför? Nya forskningsresultat som kommer ut 2024 visar att när fiskare antar dessa tekniker fångar de 41 procent färre ungfisk jämfört med dem som använder äldre metoder. De flesta kaptenerna på vattnet förlitar sig idag på saker som multibeam-sonarsystem tillsammans med datorprogram som kan skilja olika fiskarter åt. Dessa verktyg hjälper dem att se var stim av fisk befinner sig i alla riktningar, vilket gör det enklare att följa regler om minimistorlek på fisk innan den tas upp.

Princip: Hur sonar förbättrar bedömningen av fiskbestånd

Den senaste bildgivande sonartekniken kan faktiskt urskilja enskilda fiskformar inom täta stim av fisk genom att sända ut frekvensstrålar på 1,8 MHz. Kalibreringstester visar att den också ger ganska exakta mätningar, cirka plus eller minus 7 cm vad gäller fisklängder. Vad som gör dessa system framstående är deras tvåaxliga avsökningsförmåga. Istället för att bara titta på ytan, såsom traditionella ekolod gör, beräknar de biomassa baserat på volymmätningar genom hela vattenpelaren. Fiskare och forskare har testat detta mot faktiska trål-fångster, och resultaten överensstämmer till cirka 89 % när det gäller att fastställa vilka fiskarter som finns i både frivattens- och bottenlevande populationer.

Trend: Integrering av realtidsdata i kommersiella fiskeoperationer

Fiskare kan nu få sina sonaravläsningar bearbetade och visade på satellitanslutna instrumentpaneler ungefär 90 sekunder efter att ha skannat vattnet, vilket hjälper dem att hantera sina fångstkvoter direkt under farten. Det nya systemet gör att båtcapitänerna kan fokusera på områden där det finns många mogna fiskar, samtidigt som de undviker skyddade områden och platser där fisken är för liten. Tidiga resultat från sillfiskegrunderna i Nordatlanten visar också något intressant. När båtar kombinerar dessa realtids-sonarkartor med sin automatiska sorteringsutrustning behåller de cirka 23 procent fler av rätt typ av fisk. Det är förståeligt eftersom ingen vill slösa bort tid på att jaga fel sorts fisk till havs.

Hur avbildande sonar möjliggör noggrann uppskattning av fisklängd

Avbildande sonarsystem har revolutionerat bedömning av fiskbiomassa genom att erbjuda icke-invasiva möjligheter att mäta längd. Senaste framsteg inom signalbehandling och omvandlarteknik gör att dessa system kan uppnå millimeterprecision även i svåra undervattensförhållanden.

Algoritmiska tillvägagångssätt och kalibrering vid uppskattning av fislängd med avbildande sonar

Dagens bildgivande sonarsystem fungerar genom att kombinera kantdetekteringstekniker med maskininlärning för att läsa de svåra akustiska skuggorna och upptäcka simblåsor hos fisk. Vissa tester som gjordes förra året visade att dessa system kommit nästan perfekta mätningar, med en noggrannhet på cirka 97 % för mätningar av sex olika typer av kommersiellt viktiga fiskarter, men endast när de kalibrerats korrekt mot standardreferensföremål med känd längd. De flesta experter rekommenderar dagliga kalibreringar som inkluderar både fasta metallstavar och faktiska levande fiskar hållna i fångenskap. Detta hjälper till att kompensera för hur temperaturförändringar kan påverka själva sonarutrustningen över tid. Att utföra dessa kalibreringar korrekt gör all skillnad för att säkerställa tillförlitlig datainsamling under vattenytan.

Fältvalidering av storleksuppskattningar med högupplöst sonar

Tester av operationer ute i Beringhavet visade att det fanns ungefär en 92 procentig överensstämmelse (enligt rapport från NOAA tillbaka år 2022) mellan vad sonaren mätte av fisklängder och de faktiska mätningarna från nät, baserat på cirka 15 tusen enskilda fiskprov. De övriga 8 procenten skillnad kom främst från snabba havslevande fisktyper, eftersom sonaren endast fångar bilder med 30 bilder per sekund och ibland missar när dessa varelser sträcker ut sig fullständigt under rörelse. Modern utrustning försöker lösa detta problem genom att köra särskilda datorprogram som analyserar flera olika vinklar av simskolor både ovan- och under vattenytan för att få bättre uppskattningar i stort.

Kontroversanalys: Avvikelser mellan visuell identifiering och sonarbaseras mätningar

Avbildande sonar eliminerar definitivt de irriterande mätfelen som dykare kan orsaka, men det finns fortfarande viss oenighet om hur bra den fungerar för fiskar som är platta som t.ex. flundra. En studie från förra året visade något intressant – plattfiskar hade ungefär 22 % större avvikelser i uppmätt storlek jämfört med rundare fisktyper. Problemet verkar vara att sonarutrustningen förvirras av hur dessa platta varelser ligger mot havsbotten och misstolkar deras vinkel som verkliga längdförändringar. Men här kommer det goda nyheten: när man började använda de fina tvåstråliga systemen som kontrollerar mätningar både i horisontella och vertikala skanningar, sjönk felmarginalerna till under 5 %. Det förklarar varför allt fler forskare nu satsar på denna teknik trots de tillfälliga problemen.

ARIS-sonar i komplexa miljöer: Precisionsdetektering och dimensionering av fisk

Operativa fördelar med ARIS-sonar för detektering och dimensionering av fisk i grumliga vatten

Adaptive Resolution Imaging Sonar-systemet, känt som ARIS, fungerar mycket bra när siktigheten är dålig och vanliga optiska metoder inte längre räcker till. Sonaren sänder ut högfrekventa signaler på cirka 1,8 MHz som faktiskt kan se genom allt ler och slam i vattnet. Den skapar bilder så detaljerade att de kan urskilja enskilda fiskars former med ganska god precision, ungefär 0,3 grader noggrannhet när det gäller strålbredd. Detta är mycket viktigt för att avgöra storleken på bottenlevande arter som mål och karper i de dimmiga floderna där allt ser likadant ut. En studie publicerad i Fisheries Research redan 2021 visade också något intressant. De testade ARIS i grumliga akvariumförhållanden och uppnådde cirka 82 procent korrekta identifieringar av olika fiskarter. Istället för att förlita sig på färger, som tonas ut i smutsigt vatten, analyserar systemet hur fisken rör sig och dess kroppsliga form. Fältarbetare som använt denna teknik säger att bedömningar tar ungefär 40 procent mindre tid jämfört med att dra nät genom samma vatten, särskilt viktigt under de besvärliga fältundersökningarna där varje minut räknas.

Fallstudie: ARIS-distribution vid målålsundersökningar i Mississippiflodens vattendrag

Tillbaka i 2022 installerade forskare de här avancerade ARIS 3000-systemen längs cirka 15 mil av mycket grumliga vattensträckor som mynnar ut i Mississippifloden. Det de hittade var faktiskt ganska överraskande. Deras sonarutrustning kunde skilja på enskilda målålsstorlekar ner till ungefär 2 centimeter, även när hela stim satt tätt packade som bakelser. Det visade sig att det fanns ungefär 18 700 vuxna fiskar som förde fortplantning där, långt fler än någon tidigare hade anat. De verifierade dessa siffror senare genom att utföra vissa selektiva nätprovtagningar också. Det bästa med det hela? Denna metod störde inte alls några lekplatser, vilket är enormt viktigt för bevarandeinsatser. Dessutom gav den fiskerinära personalen omedelbar data om hur många fiskar som faktiskt fanns, utan att behöva vänta veckor på traditionella undersökningar.

Strategi: Optimera transducerplacering och bildfrekvens för stimdiskriminering

För bästa resultat bör ARIS-sändare placeras cirka 1,2 till 1,5 meter under vattenytan. Denna djupnivå hjälper till att uppnå en bra balans mellan hur långt systemet kan upptäcka objekt (cirka 40 meter som mest) och samtidigt få detaljerade bilder med en upplösning på ungefär 2 mm per pixel. När man arbetar med starka vattenströmmar gör det stor skillnad att höja bildhastigheten till 15 bilder per sekund. Vi har märkt att annars tydliga avläsningar störs av rörelseoskärpa vid beräkning av fisklängder i snabbt strömmande vatten. Våra fältobservationer har också visat något intressant. Genom att vinkla sonaren cirka 30 grader nedströms förbättras vår förmåga att skilja enskilda fiskar åt inom stim avsevärt. Detta fungerar särskilt bra i leriga vatten där halterna av sediment är höga, vilket enligt våra test ger oss ungefär en tredjedel bättre diskrimineringsförmåga.

Tekniska begränsningar och framsteg inom noggrannhet i högfrekvent sonar

Våglängd kontra avvägningar i målupplösning vid högfrekventa sonarmätningar

Undervattensdetekteringsutrustning som arbetar ovan 1 MHz uppnår millimeterskala upplösning men stöter på en omvänd relation mellan frekvens och effektiv räckvidd. Kortare våglängder (2,3 mm vid 1,6 MHz) möjliggör exakta mätningar av fiskryggradar, medan system under 500 kHz offrar detaljnivå för 30 % bättre djuppenetration. Fiskeindustrin använder nu 1,2–2 MHz-system där <25 meters djup tillåter en balans mellan 0,5 cm målupplösning och 85 % signalbevarande. Nya algoritmavancer har övervunnit störningar orsakade av grumling genom analys av fasskillnadssekvenser.

Data: 92 % korrelation mellan nätprovtagning och 1,6 MHz sonarläsningar (NOAA, 2022)

NOAA:s jämförande studie i Chesapeake Bay-estuarier validerade sonaravlästa fisklängder mot trål fångster över 12 arter. System med 1,6 MHz uppnådde: - 2,8 % medelabsolut fel för strimmig seabass (35–80 cm intervall) - 91,7 % överlappning i storleksfördelningshistogram Avvikelser uppstod främst i vatten >18 m djup, där akustiska skuggor minskade mätnoggrannheten med 14 %.

Industrins paradox: Högre frekvens – alltid bättre – Signaldämpning i djupt vatten

Medan 2,4 MHz-system kan identifiera detaljer på 0,3 cm, minskar deras effektiva räckvidd med 48 % per 10 meters djupökning på grund av sfärisk spridningsförlust. Vid 40 meters djup bibehåller alternativen 400–700 kHz en målkänningssäkerhet på 72 % jämfört med 29 % för högfrekventa enheter. Kalla vattens termokliner försämrar ytterligare högfrekventa signaler – fälttester 2023 visade att dämpningshastigheten för 1,8 MHz-strålar tripplades under 10°C-lager.

Fältbaserad jämfört med traditionell mätning av fiskstorlek: En praktisk jämförelse

Portabilitet och hastighetsfördelar med fältbaserade metoder för mätning av fiskstorlek

Forskare har idag tillgång till några riktigt imponerande undervattensutrustningar som låter dem räkna fisk med hjälp av små handhållna sonaranordningar som väger mindre än 4 kg. Dessa enheter kan släppas från små båtar eller till och med från land, vilket är en stor förbättring jämfört med gamla metoder där stora team spenderade hela dagar på att dra nät genom vattnet och sedan använda mycket tid på att sortera det de fångat. De nya fältsystemen ger omedelbara uppgifter om hur stor hela stimmet är, ofta inom bara 10 minuter. Tester visade att dessa portabla avbildningssondar uppnådde cirka 89 % noggrannhet även när siktbarheten var dålig, och presterade lika bra som de dyra laboratorieinstrumenten – men utan att behöva vänta dagar på resultat efter att ha skickat prov till labbet.

Jämförelse mellan sonar och traditionella metoder för mätning av fisk: Fångstbaserad provtagning kontra icke-invasiv avbildning

När forskare fångar fisk för att studera dem stör de faktiskt ekosystemet och missar därmed viktiga detaljer om storlek. Dykare tenderar att missa större fiskar när de mäter revpopulationer, vilket leder till att längder underskattas med cirka 12 % enligt studier som använder stereoljudteknik. Icke-invasiva avbildningstekniker ger bättre resultat utan att döda eller skada marina livsformer. Ta arbetet publicerat i Fisheries Research som ett fallstudieexempel, där det visades att ljudmätningar av snäppor var ungefär 5 % mer exakta än vad dykare kunde räkna visuellt under vatten. Ändå håller gamla metoder kvar sig eftersom de är nödvändiga för vissa typer av biologisk information som ljudvågor ännu inte kan fånga, till exempel de värdefulla åldersringarna i fiskbens som berättar så mycket om deras historia och tillväxtmönster.

Strategi: Hybridövervakningsprogram som kombinerar ljudvåg och fysiska trål

Fiskeriförvaltningsgrupper kombinerar allt oftare regelbundna sonarundersökningar som täcker cirka 2 till 5 kvadratkilometer per dag med selektiv trålning utförd med ungefär 10 procent av den vanliga intensiteten. Kombinationen minskar skador på marina habitat med ungefär 40 till 60 procent, och gör det dessutom möjligt för forskare att kontrollera vad de ser på sonarskärmarna mot faktiska fiskar fångade i nät. Enligt resultat från NOAAs försök förra året ledde denna kombinerade metod till ungefär 18 procent färre döda fiskar som slängdes tillbaka i havet jämfört med traditionella trålränsningar ensamt. Så grundligen verkar kombinationen av olika metoder fungera bättre både för att skydda ekosystem och för att få korrekt information om fiskbestånd.