Роль обладнання для підводного виявлення у сучасному управлінні рибальством

Феномен: перехід до технологічно орієнтованих методів рибальства

Рибальська галузь значно змінилася приблизно з 2020 року. Близько двох третин великих комерційних рибальських суден тепер використовують підводні сенсори та інше технічне обладнання, щоб ефективніше ловити рибу та дотримуватися екологічних норм. Чому? Ну, нові дослідження, опубліковані у 2024 році, показують, що коли рибалки застосовують ці технології, вони виловлюють на 41 відсоток менше молоді, ніж ті, хто користується традиційними методами. Більшість капітанів сучасних суден покладаються на такі речі, як багатопроменеві сонари разом із комп'ютерними програмами, які можуть розрізняти різні види риб. Ці інструменти допомагають їм бачити, де знаходяться косяки риби в усіх напрямках, що полегшує дотримання правил щодо мінімальних розмірів риби перед виловом.

Принцип: Як сонар покращує оцінювання запасів риби

Найновіша технологія іміджевого сонара може розпізнавати окремі форми риб у густих зграях, випромінюючи промені частотою 1,8 МГц. Калібрувальні тести показують, що вимірювання досить точні — приблизно ±7 см за довжиною риби. Особливістю цих систем є можливість сканування за двома осями. На відміну від традиційних ехолотів, які аналізують лише поверхню, вони обчислюють біомасу на основі вимірювань об’єму по всьому стовпчику води. Рибалки та дослідники порівнювали ці дані з фактичними траловими спіймами, і результати збігаються приблизно в 89% випадків щодо визначення видів риб як у відкритій воді, так і серед донних популяцій.

Тренд: Інтеграція даних у реальному часі в комерційних рибальських операціях

Рибалки тепер можуть отримувати оброблені показання сонара та переглядати їх на приладових панелях із супутниковим з'єднанням приблизно за 90 секунд після сканування води, що допомагає їм оперативно керувати лімітами вилову. Нова система дозволяє капітанам човнів зосереджуватися на ділянках, де багато дорослих рибин, уникнувши при цьому охоронюваних територій та місць, де риба занадто мала. Перші результати з районів лову оселедця в Північній Атлантиці демонструють цікаві тенденції. Коли судна поєднують ці карти сонара в реальному часі зі своїм автоматичним сортувальним обладнанням, вони зберігають приблизно на 23 відсотки більше потрібної риби. Це цілком логічно, адже ніхто не хоче марнувати час на переслідування неправильного улову в морі.

Як технологія візуалізації сонара забезпечує точне визначення довжини риби

Системи іміджингового гідролокатора революціонізували оцінку біомаси риб, забезпечивши можливість неінвазивного вимірювання довжини. Останні досягнення у обробці сигналів та технології перетворювачів дозволяють цим системам досягати точності на рівні міліметрів навіть за складних підводних умов.

Алгоритмічні підходи та калібрування при оцінюванні довжини риб за допомогою іміджингового гідролокатора

Сучасні системи гідролокаційного знімання працюють за рахунок поєднання методів виявлення країв із машинним навчанням, щоб розпізнавати складні акустичні тіні та виявляти плавальні міхурі у риб. Деякі тести, проведені минулого року, показали, що ці системи досягають майже ідеальної точності — близько 97% — при вимірюванні шести різних видів комерційно важливих риб, але лише за умови правильного калібрування за стандартними еталонними об'єктами відомої довжини. Більшість експертів рекомендують щоденне калібрування, яке включає як фіксовані металеві стрижні, так і справжніх живих риб, утримуваних у неволі. Це допомагає компенсувати вплив змін температури на саме гідролокаційне обладнання з часом. Правильне виконання калібрування має вирішальне значення для забезпечення надійного збору даних під водою.

Перевірка на місці оцінок розмірів риб за допомогою високоякісної гідролокації

Тестування операцій у морі Беринга показало, що існує приблизно 92-відсоткове збігання (як повідомлялося NOAA ще в 2022 році) між тим, що сонар вимірював за довжиною риби, і фактичними вимірами, отриманими з мереж, на основі аналізу близько 15 тисяч окремих зразків риби. Решта 8 відсотків розбіжностей переважно пояснюються швидкорухомими видами риб відкритого океану, оскільки сонар фіксує зображення лише з частотою 30 кадрів на секунду і час від часу пропускає моменти, коли ці істоти повністю витягуються під час руху. Сучасне обладнання намагається усунути цю проблему за допомогою спеціальних комп'ютерних програм, які аналізують кілька різних кутів бачення скупчень риби як зверху, так і знизу водної поверхні, щоб загалом отримати точніші оцінки.

Аналіз суперечок: розбіжності між візуальним визначенням та вимірами, отриманими за допомогою сонару

Сонарна візуалізація позбавляє тих дратівливих похибок вимірювань, які можуть вносити дайвери, але все ще існують розбіжності щодо того, наскільки добре вона працює для риб, сплющених, як палтус. Дослідження минулого року показало цікавий факт: у плоских риб різниця у виміряних розмірах була приблизно на 22% більшою порівняно з більш круглими видами риб. Проблема, схоже, полягає в тому, що обладнання сонару плутається через те, як ці плоскі істоти лежать на морському дні, помилково інтерпретуючи їхній кут як зміну довжини. Але ось гарна новина: коли люди почали використовувати просунуті системи з подвійним променем, які перевіряють виміри за горизонтальними та вертикальними скануваннями, рівень помилок знизився до менш ніж 5%. Зрозуміло, чому все більше дослідників переходять на цю технологію, незважаючи на окремі труднощі.

Сонар ARIS у складних умовах: точне виявлення та вимірювання розмірів риб

Експлуатаційні переваги сонара ARIS для виявлення та вимірювання розмірів риб у мутних водах

Система гідролокації з адаптивною роздільною здатністю, відома як ARIS, добре працює за поганої видимості, коли звичайні оптичні методи більше не дають результату. Гідролокатор випромінює високочастотні сигнали приблизно на 1,8 МГц, які можуть проникати крізь увесь мул і силт у воді. Вона створює настільки детальні зображення, що дозволяють чітко розрізняти окремих риб за формою з високою точністю — приблизно 0,3 градуса за шириною променя. Це має велике значення для визначення розмірів риб, що мешкають на дні, таких як соми та коропи, в брудних річках, де все виглядає однаково. Дослідження, опубліковане у журналі Fisheries Research у 2021 році, показало цікаві результати. У ході тестування ARIS в умовах замулених акваріумів вдалося правильно ідентифікувати різні види риб у 82 відсотках випадків. Замість орієнтації на кольори, які втрачаються в брудній воді, система аналізує рух риб і форму їхніх тіл. Фахівці, які використовували цю технологію, стверджують, що оцінка стану водойм займає приблизно на 40 відсотків менше часу, ніж традиційне траління тих самих ділянок, особливо важливо під час складних польових досліджень, де лічаться кожні хвилини.

Дослідження випадку: Впровадження ARIS у дослідженні сомів на річці Міссісіпі

У 2022 році вчені розмістили ті модні системи ARIS 3000 приблизно на 15 милях дуже мутних водойм, що впадають у річку Міссісіпі. На що вони натрапили, було насправді досить несподіваним. Їхнє ехолокаційне обладнання могло розрізняти окремих сомів за розмірами аж до приблизно 2 сантиметрів, навіть коли цілими школами вони були стиснуті разом щільно, як кукурудзяний хліб. Виявилося, що там розмножувалося близько 18 700 дорослих особин, значно більше, ніж хто-небудь раніше припускав. Пізніше вони перевірили ці цифри, провівши вибіркове ловлення мережею. Найкраща частина? Цей метод зовсім не порушував жодних нерестових зон, що має велике значення для збереження виду. Крім того, він дав рибальським фахівцям негайну інформацію про реальну кількість риби, не змушуючи чекати тижнів на традиційні дослідження.

Стратегія: Оптимізація розташування перетворювача та частоти кадрів для розрізнення шкір

Для отримання найкращих результатів розміщуйте перетворювачі ARIS на глибині близько 1,2–1,5 метра під поверхнею води. Ця глибина дозволяє досягти оптимального балансу між дальністю виявлення об'єктів (максимально близько 40 метрів) та отриманням детальних зображень з роздільною здатністю приблизно 2 мм на піксель. У разі сильних водних потоків підвищення швидкості кадрів до 15 кадрів на секунду має велике значення. Ми помітили, що інакше чіткі показники спотворюються розмиттям від руху під час вимірювання довжини риби у швидкоплинній воді. Наш досвід у полі виділив цікавий факт: нахил пристрою ехолота приблизно на 30 градусів за течією значно покращує здатність розрізняти окремі особини риб у зграях. Це особливо добре працює в мулистих водах із високим вмістом завислих частинок, забезпечуючи, за нашими тестовими даними, приблизно на третину кращу роздільну здатність.

Технічні обмеження та досягнення у точності високочастотного ехолокаційного обладнання

Компроміс між довжиною хвилі та роздільною здатністю у високочастотних гідролокаційних вимірюваннях

Підводне обладнання для виявлення, що працює на частотах вище 1 МГц, забезпечує роздільну здатність на рівні міліметрів, але стикається з оберненим співвідношенням між частотою та ефективною дальністю. Коротші хвилі (2,3 мм на 1,6 МГц) дозволяють точно вимірювати хребет риби, тоді як системи з частотою нижче 500 кГц жертвують деталями, отримуючи на 30% більшу глибину проникнення сигналу. У рибальстві тепер використовують системи 1,2–2 МГц у межах глибин <25 м, щоб поєднати роздільну здатність 0,5 см із збереженням 85% сигналу. Останні досягнення в алгоритмах дозволяють подолати перешкоди, пов’язані з мутністю води, за допомогою аналізу фазових різниць у послідовностях.

Дані: 92% кореляція між відбором проб мережею та показаннями гідролокатора 1,6 МГц (NOAA, 2022)

Дослідження NOAA у затоках затоки Чесапік підтвердило довжину риби, визначену за допомогою гідролокації, шляхом порівняння з результатами тралових зборів серед 12 видів. Системи на 1,6 МГц досягли: - середньої абсолютної похибки 2,8% для смугастого окуня (діапазон 35–80 см) - 91,7% перекриття на гістограмах розподілу розмірів. Розбіжності виникали переважно на глибинах понад 18 м, де акустичні тіні знижували узгодженість вимірювань на 14%.

Промисловий парадокс: Вища частота – завжди краще – Затухання сигналу у глибокій воді

Хоча системи 2,4 МГц можуть розрізняти деталі розміром 0,3 см, їхня ефективна дальність зменшується на 48% при кожному зростанні глибини на 10 м через сферичне розсіяння. На глибині 40 м альтернативні діапазони 400–700 кГц зберігають точність розпізнавання цілей на рівні 72%, тоді як високочастотні пристрої досягають лише 29%. Термокліни холодної води ще більше погіршують сигнали високої частоти — польові випробування 2023 року показали, що швидкість затухання променя 1,8 МГц зростає втричі нижче шарів з температурою менше 10°C.

Порівняння практичних методів вимірювання розміру риби: польові методи проти традиційних

Переваги переносності та швидкості польових методів вимірювання розмірів риби

Ученим тепер доступне досить вражаюче підводне обладнання, яке дозволяє їм підраховувати рибу за допомогою невеликих портативних гідролокаторів вагою менше 4 кг. Ці пристрої можна запускати з малих човнів або навіть із берега, що є значним покращенням у порівнянні зі старими методами, коли великі групи проводили цілий день, протягуючи мережі крізь воду, а потім годинами сортували спіймане. Нові польові системи забезпечують негайне визначення розміру всієї зграї, часто всього за 10 хвилин. Випробування показали, що точність цих портативних іміджингових гідролокаційних систем досягає приблизно 89%, навіть коли видимість погана, і вони працюють так само добре, як дороге лабораторне обладнання, але без необхідності чекати днів на результати після відправлення зразків до лабораторії.

Порівняння гідролокації з традиційними методами вимірювання риби: відбір проб із виловом проти неінвазивного іміджингу

Коли вчені ловлять рибу для дослідження, вони фактично порушують екосистему і упускають певні важливі дані щодо розмірів. Дайвери часто не помічають більших особин під час оцінки популяцій рифової риби, занижуючи довжину приблизно на 12% згідно з дослідженнями, проведеними за допомогою стереосонарної технології. Немінливі методи візуалізації дають кращі результати, не завдаючи шкоди морським організмам і не призводячи до їхньої загибелі. Візьмемо, наприклад, дослідження, опубліковане у виданні Fisheries Research, де було встановлено, що показники соняра щодо популяції окунів були приблизно на 5% точнішими, ніж візуальні підрахунки дайверів під водою. Проте традиційні методи продовжують використовуватися, оскільки вони необхідні для отримання певних видів біологічної інформації, яку соняр ще не може зафіксувати, наприклад, цінні кільця віку всередині риб'ячих кісток, які багато чого розповідають про їхню історію та закономірності росту.

Стратегія: Гібридні програми моніторингу з поєднанням соняра та фізичних тралень

Групи з управління рибальством все частіше поєднують регулярні ехолокаційні сканування, які охоплюють приблизно 2–5 квадратних кілометри щодня, із вибірковим тралінням, що проводиться на близько 10% від звичайної інтенсивності. Це поєднання скорочує пошкодження морських середовищ приблизно на 40–60%, а також дає змогу дослідникам перевіряти, що вони бачать на екранах ехолотів, порівнюючи з фактичною рибою, спійманою в мережі. Згідно з результатами пілотного проекту NOAA минулого року, цей комбінований метод призвів до того, що кількість мертвої риби, яку повертали назад у океан, зменшилася приблизно на 18% у порівнянні з традиційними лише траловими обстеженнями. Отже, по суті, поєднання різних методів, схоже, працює краще як для захисту екосистем, так і для отримання точних даних про чисельність рибних запасів.