Формирование библиотеки типовых акустических изображений рыб Охотского и Берингова морей (структура и процедура пополнения) Текст научной статьи по специальности «Физика»

2013

Известия ТИНРО

Том 175

УДК 551.46.062.3(265.53+265.51) М.Ю. Кузнецов, И.А. Убарчук*

Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр, 690091, г. Владивосток, пер. Шевченко, 4

формирование библиотеки типовых акустических изображений рыб охотского и берингова морей (структура и процедура пополнения)

Рассматривается одно из возможных применений накопленных в ТИНРО-центре с 1996 г. исходных гидроакустических и сопутствующих измерений для целей видовой идентификации гидробионтов на эхограммах. По заданным условиям отбора из общего массива акустических и сопутствующих данных (биологических, навигационных, гидрологических) сформирован метаархив акустических изображений некоторых видов рыб, сопровождаемых информацией о размерном и видовом составе скоплений, стадии зрелости, сезоне, районе работ, параметрах траления, батиметрии, времени суток и др. С использованием разработанных программных средств файлы в метаархиве сортируются в соответствующие папки по морям, по доле содержания основного объекта в улове, по размеру и доле объекта в пределах размерной группы, сезону и времени суток. Метаархив содержит свыше 4000 фрагментов акустических изображений (эхограмм) минтая, сельди, мойвы и сайки в различных районах Берингова и Охотского морей и регулярно пополняется. Из метаархива отобраны типичные, устойчиво повторяющиеся фрагменты эхограмм, которые совместно с диаграммой размерного распределения и стадии зрелости рыб, данными о районе работ, времени суток, параметрах траления и географического положения эхограммы составили библиотеку характерных (типовых) акустических изображений промысловых рыб Берингова и Охотского морей. Анализируются возможные источники погрешности оценки запасов, связанные с неправильной идентификацией эхограмм. Планируется дальнейшее развитие программных средств с использованием библиотеки для идентификации (распознавания) акустических изображений гидроби-онтов на эхограммах по видам и размерам.

Ключевые слова: гидроакустические измерения, эхограмма, вид рыб, идентификация, акустическое изображение, улов трала, база данных, параметры отбора, метаархив, библиотека, оценка запаса.

Kuznetsov M.Yu., Ubarchuk T.A. Forming a library of typical acoustic images for fishes from the Bering and Okhotsk Seas (structure and completion procedure) // Izv. TINRO.

— 2013. — Vol. 175. — P. 182-193.

Archive of raw hydroacoustic and accompanying data collected in Pacifc Fisheries Research Center (TINRO) since 1996 is processed for identification of marine organisms on echograms. For this purpose, the general array of acoustic and accompanying data (biological, navigation, oceanographic), in total 8 Tbyte, is transformed to a meta-archive of acoustic images of certain fish species with information on their size, structure of aggregation, maturity, season, site, parameters of trawling, bathymetry, time of day, etc. Using the developed software, files in

* Кузнецов Михаил Юрьевич, кандидат технических наук, заведующий лабораторией, e-mail: [email protected]; Убарчук Игорь Анатольевич, ведущий инженер.

Kuznetsov Michail Yu., Ph.D., head of laboratory, e-mail: [email protected]; Ubarchuk Igor A., principal engineer.

the meta-archive can be sorted by region (Bering or Okhotsk Sea), by season (winter, spring, summer, autumn), by time of day (day, evening, night, morning), by length of the species, by its percentage in total catch or in catch of certain size group. The meta-archive contains over 4000 fragments of acoustic images (echograms) of walleye pollock, pacific herring, capelin, and arctic cod in various areas of the Bering and Okhotsk Seas, and it is replenished permanently. Typical, repeated fragments of echogram are selected from the meta-archive together with the accompanying data and form a library of typical acoustic images for common commercial fishes of the Bering and Okhotsk Seas. Using this library, possible errors of fish stock assessment by acoustic methods because of wrong identification of echograms are analyzed. Further development of this library and software in direction of automatic recognition of other species and size of on acoustic images is discussed. Automatic identification of echograms provides rapid and reliable assessment of fishery resources using resource-saving acoustic technologies.

Key words: hydroacoustics, echogram, species identification, acoustic image, trawl catch, database, selection parameter, meta-archive, data library, fish stock assessment.

введение

Общеизвестно, что для поиска и поимки рыбы в практике рыболовства широко используются гидроакустические эхолокационные приборы (Кудрявцев, 1979). По эхолоту опытный штурман рыбопромыслового судна определяет промысловую значимость скопления (возможный улов), а по характеру эхозаписи рыб — вид и размерную структуру зарегистрированных агрегаций. Ошибка при идентификации вида объекта, его размерного состава и плотности на эхограмме может стать причиной неэффективного траления, а зачастую наносит прямой ущерб численности пополнения (например, постановка трала на скопление молоди или рыб непромыслового размера). В настоящее время на судах рыбодобывающего флота опытных штурманов-добытчиков становится все меньше, а у менее опытных судоводителей ощущается нехватка иллюстративного и справочного материала о характере эхозаписей и структуре скоплений рыб в том или ином районе промысла.

Корректное распознавание акустических изображений гидробионтов на эхограм-мах и их идентификация по видам являются одной из важнейших задач при выполнении тралово-акустических съёмок, в частности стратификации района работ (Кузнецов, Николаев, 2000). Ошибка гидроакустической оценки, связанная с неправильной идентификацией эхозаписей, в отдельных случаях может достигать 60-80 % (MacLennan, Simmonds, 1992).

Уровень развития гидроакустической техники и программных средств создает в настоящее время возможность практического использования не только акустиками, но и ихтиологами и биологами при определенной их подготовке эхолокационных приборов для оконтуривания скоплений и оценки вертикальной протяженности рыбных косяков. И в этом процессе правильное распознавание акустических изображений различных видов гидробионтов на эхограммах и их последующая корректная интерпретация для расчета численности и биомассы являются наиболее ответственными. Трудности в идентификации того или иного вида рыб на эхограммах, где присутствуют другие рассеиватели эхосигнала, могут послужить причиной неправильного определения горизонтальной и вертикальной протяженности скопления (коэффициента объемности) и соответственно источником погрешности оценки запаса исследуемого объекта при траловой съемке.

За период выполнения акустических съемок и эксплуатации научных эхолотов ЕК-500 и EK-60(ES-60) SIMRAD (с 1996 г.) на сервере лаборатории промысловой гидроакустики ТИНРО-центра накоплен значительный объем исходных акустических измерений в Беринговом и Охотском морях и прилегающих водах Тихого океана на частотах 38 и 120 кГц с разрешением по глубине от 5 до 18 см в общем объеме порядка 8 Тбайт. Все сопутствующие этим измерениям данные: биологические (по результатам контрольных тралений), навигационные, гидрологические, данные сопровождения акустических измерений, параметры тралений, справочные и вспомогательные таблицы — содержатся в интегрированной базе данных, которая является информационной

основой для последующей обработки акустических измерений и ежегодно пополняется новыми материалами. Накопленный массив файлов исходных гидроакустических измерений позволяет воспроизводить эхограмму и сопутствующую ей информацию с использованием разработанных в лаборатории программных средств. Кроме этого, у специалистов лаборатории накоплен большой опыт эмпирической интерпретации этих данных применительно к конкретным видам гидробионтов с определенной размерной структурой зарегистрированных скоплений в различных районах и в разные периоды съемок.

Целью данной работы является создание библиотеки характерных (типовых) акустических изображений (эхограмм) основных объектов ресурсных исследований и промысла дальневосточных морей в зависимости от сезона, района работ, размерного состава рыб, времени суток.

Материалы и методы

Для визуализации и вторичной обработки эхограмм в ТИНРО-центре используется программное обеспечение FAMAS (Fishery Acoustic Monitoring & Analyses System) (Николаев и др., 2000), которое состоит из двух основных элементов: программы BiView-MS для многовидовой обработки накопленных файлов данных с визуализацией соответствующих эхограмм на экране монитора и интегрированной базы данных акустических, биологических и навигационных измерений в среде Access (© 1992-2003 Microsoft, Corp.). Программными средствами FAMAS можно просматривать хранящиеся на сервере лаборатории эхограммы и соответствующую биологическую информацию любого из научно-исследовательских и научно-промысловых рейсов НИС ТИНРО-центра, в ходе которых выполнялась регистрация акустических данных.

Схема анализа гидроакустических и сопутствующих данных и формирования метаархива акустических изображений объектов ресурсных исследований и промысла представлена на рис. 1. Разработано соответствующее программное обеспечение (программа FAMAS-DB), которое позволяет осуществлять выборку из интегрированной базы исходных биологических, навигационных и промысловых данных и соответствующих гидроакустических фрагментов эхограмм по заданным параметрам. Установлены следующие параметры отбора: минимальная длина объекта в траловом улове, максимальная длина объекта в траловом улове и максимум шкалы промера. Для минтая выделены размерные группы 1-10, 10-20, 30-40, 40-50 и больше 50 см, в

Интегрированная база данных

ЙІ Район (Охотское и Берингово моря)

(г3) Объект (минтай, сельдь, мойва, сайка и др.)

Рис. 1. Схема формирования метаархива акустических изображений гидробионтов

Fig. 1. Scheme of acoustic images meta-archive generation

_I Минимальная весовая

доля объекта в улове (100%, 90%, ..., 50%)

Архив многочастотных гидроакустических измерений 1 (эхограмм)

BiView-MS FAMAS

__| Размерные группы

(1-10 см, 10-20 см, ..., 40-50 см, больше 50 см)

ОДоля объекта в пределах размерной группы (100%, 90%, ., 50%)

О Сезон (зима, весна, лето, осень)

Ел) Время суток

(день, ночь)

пределах которых осуществлялся отбор данных. Критерии отбора были следующие: минимальная весовая доля объекта в улове и минимальная доля объекта в пределах размерной группы. Минимальная весовая доля в улове в свою очередь классифицировалась на одновидовое содержание объекта (100 %-ная весовая доля в улове трала), с высоким содержанием объектов в улове (весовая доля в улове > 90 %, > 80 %) и смешанные (> 50 % в улове трала).

Процедура отбора была следующая.

В базе данных в таблице Wrk-Surveys в формате Access (© 1992-2003 Microsoft. Corp.) задаётся список рейсов, внутри которых будет производиться выборка данных (рис. 2).

Рис. 2. Вид таблицы Wrk-Surveys

Fig. 2. Format of the table Wrk-Surveys

В таблице Wrk-Spec (рис. 3) задаётся список объектов (первое поле включает все варианты названия объекта в базе данных).

Далее запускается программа FAMAS-DB (рис. 4). В соответствующих окнах программы задаются минимальный и максимальный размеры основного объекта (например. минтай 20-30 см). максимум шкалы для размерного ряда (85 см). минимальная весовая доля объекта в улове (например, 60 %) и минимальная доля заданной размерной группы объекта в промере (например, 50 %). Устанавливается шаг разбиения в процентах по массе и размеру — результирующие файлы будут разноситься по разным каталогам в зависимости от процентной доли по массе и размеру (например, 10 %).

Ы Microsoft Access - [Wrk_Spec : таблица]

liiH Файл Правка Вид Вставка Формат Записи Сервис Окно Справка _ fi1 х

Species т Arial т9 ^ Ж Л! Ч ^ ^ - | ^ -

А I Я Я+ Ат

Species Sex minjen maxjen min_maturity max_maturity Active

► male 10 700 10 79 0

Theragra chalcogramma female 10 700 10 79 0

Theragra chalcogramma undefined 10 700 10 79 0

Theragra chalcogramma juvenile 10 700 10 79 0

Theragra chalcogramma (j) male 10 700 10 79 0

Theragra chalcogramma (j) female 10 700 10 77 0

Theragra chalcogramma (j) undefined 10 700 10 79 0

Theragra chalcogramma (j) juvenile 10 700 10 77 0

Theragra chalcogramma (big) undefined 10 700 10 79 0

* 0 100 0 7 0

Запись: И

1 ММ ►* из 9

Режим таблицы

Рис. 3. Вид таблицы Wrk-Spec Fig. 3. Format of the table Wrk-Spec

[T*FAMA^)[J ^JSJxJ

ІВьібрзгь базу данных! j C:\FAMAS_SData\FAMAS\Data\FAMAS_Work.mdb

Фильтрация по тралам |

Минимальная длина, см: Максимальная длина, см: Максимум шкалы, см:

20

30

[8ЁГ

Минимальная весовая доля в улове, %\ Шаг разбиения в процентах по весу: Минимальная доля по размеру, %.

Є0

10

50

Шаг разбиения в процентах по размеру: 10

Выбрать каталог для выходных Файлов СЛБ иблиотека з хограмм^О хотское море

Название выборки:

Начать выборку

Рис. 4. Окно программы FAMAS-DB

Fig. 4. Window of the option FAMAS-DB

Выбирается каталог для результирующих файлов и название выборки (рис. 4). Программа по заданным ограничениям посредством системы запросов выполняет выборку данных из таблиц Haul, Haul-Catch, Haul-Length, Haul-Specimen интегрированной базы данных Famas-Work.mdb. Для каждого удовлетворяющего условиям отбора трала программа формирует выходные файлы данных в формате csv (рис. 5).

В эти файлы выводятся параметры выборки, имя и район съёмки, время, скорость и координаты траления, параметры трала, состав улова — для каждого объекта выводится латинское, английское и русское название, весовая пропорция, количество, масса, минимальный, максимальный и средний размер, состав по зрелости. Здесь же выводится суммарный размерный ряд и состав по зрелости для основного объекта, а также информация об удовлетворяющих условиям отбора выделенных фрагментах эхограмм (по лагу).

В каталоге результирующие файлы сортируются в соответствующие папки по морям (Берингово, Охотское), по доле содержания основного объекта в улове, по размеру и доле объекта в пределах размерной группы, сезону (зима, весна, лето, осень) и времени суток (день, вечер, ночь, утро), как это показано на рис. 1. Например: C: \ Библиотека эхограмм \ Берингово море \ Pollock \ 90% \ 20-30 см \ 60% \ Summer \ Day.

В программе BiView-MS по заданному лагу, дате и времени регистрации находится фрагмент эхограммы, соответствующей данным выходного файлa csv. Задаются слои траления. Акустическое изображение с текстовым сопровождением сохраняется в отдельный файл в формате Microsoft Word (©Microsoft Corp., 1983-2003) (рис. 6).

В файл с эхограммой из выходного файта csv в виде таблицы формируются общая характеристика (описание) эхограммы и соответствующие эхограмме данные об улове трала, параметрах траления и видового состава улова, как показано на рис. 7. По суммарному размерному ряду строятся гистограммы размерного состава и стадии зрелости основного объекта на эхограмме (рис. 8).

Результаты и их обсуждение

По заданным размерно-возрастными параметрам отбора и доли объектов в улове с использованием программы FAMAS-DB, реализующей вышеуказанный алгоритм

Рис. 5. Вид выходного файла данных в Excel (© 1985-2003 Microsoft, Corp.) Fig. 5. Format of output data file in Excel (© 1985-2003 Microsoft, Corp.)

Рис. 6. Фрагмент акустического изображения (эхограмма) Fig. 6. Fragment of acoustic image (echogram)

Survey PK2004040 Area Sea of Okhotsk Location 59°10.60N 157°04.51E Biostatistical region 1 Vessel Professor Kaganovs kiy

Season Spring Time of day Night Bottom, m 275.55 Echosounder EK60 Frequency, kHz 38

Date 27.04.2004 Time, GMT 14:10:28 Local time 1:10:28 Speed, kts 3.8 Image number 490

Trawl type PT/TM 57/36 Start log 5299.6 Haul number 129 Trawl speed, kts 2.35 remperature 1.9

Gear Depth, m 239 Vertical opening, m 37 Horizontal opening, m 40 Wire length, m 630 nsert mesh, nm 10

Haul: catch data (species composition)

Scientific Name English Name Russian Name Prop., % Haul catch for 1 hour Min. length, cm Max. length, cm Mean length, cm Maturity stage

Number, pcs. Weight, kg

Theragra chalcogramma walleye pollock Минтай 97.92 4955 3093.21 20 76 45 20:8.99%; 40:56.2%; 45:13.5%; 50:14.6%; 60:6.74%;

Clupea pallasii Pacific herring Сельдь тихоокеанская 0.47 181 14.81 14.5 28.5 19.4 20:44%;30 :8%;40:48 %;

Careproctus rastrinus Pink snailfish Липарис бесцветный 0.41 91 12.95 14 31 22.5

Careproctus sp. Careproctus sp. Карепрокт 0.39 16 12.25 23 35 29

Elassodiscus sp. Elassodiscus sp. Элассодискус 0.29 85 9.26 13 35 24

Eumicrotremus soldatovi Круглопер Солдатова 0.23 36 7.35 13.5 19 16.3

Limanda aspera Yellowfin Sole Камбала желтоперая 0.08 6 2.42 29.5 37.5 33.5

Bothrocarina nigrocaudata Слизеголов чернохвостый 0.04 20 1.33 18 21.5 19.8

Aptocyclus ventricosus smooth lumpsucker Рыба-лягушка 0.04 2 1.28 23 23 23

Gadus macrocephalus Pacific cod Треска тихоокеанская 0.04 2 1.17 37.9 37.9 37.9 20:100%;

Theragra chalcogramma (j) Walleye pollock (j) Минтай (молодь) 0.03 52 0.86 12.6 17 15

Hippoglossoides elassodon flathead sole Камбала палтусовидная 0.02 2 0.73 32 32 32

Hemitripterus villosus Волосатка тихоокеанская 0.02 2 0.69 26 26 26

Рис. 7. Пример составления сопроводительной информации к эхограмме Fig. 7. Example of accompanying information

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 10 20 23 30 34 40 45 50 60 62 64 70 80

Длина, см Стадия зрелости

Рис. 8. Гистограмма размерного состава (а) и стадии зрелости (б)

Fig. 8. Histograms of size (а) and maturity (б) structure

обработки данных, получены выходные файлы данных в формате csv, в которых сгруппирована информация об удовлетворяющих условиям отбора фрагментах эхограмм, параметрах траления, размерном и видовом составе улова, размерной композиции и стадиях зрелости основного объекта исследований, сезоне, районе работ, времени суток и др. (см. рис. 5).

С использованием программы BiView-MS программного комплекса FAMAS из общего массива хранящихся на сервере исходных акустических измерений выделены соответствующие каждому выходному файлу фрагменты акустических изображений (эхограмм). На основе полученных данных сформирован метаархив акустических изображений некоторых массовых видов рыб в дальневосточных морях, сопровождаемых всей доступной информацией об объекте на эхограмме и условиях ее получения. Пространственное расположение содержащихся в метаархиве акустических изображений представлено на рис. 9. Архив содержит свыше 4000 фрагментов акустических изображений (эхограмм) минтая, сельди, мойвы и сайки в различных районах Берингова моря (западная часть, наваринский район, Анадырский залив, Берингов пролив — около 1200 фрагментов), в Охотском море (свыше 3000 фрагментов) и в южной части Чукотского моря с сопроводительной информацией и регулярно пополняется новыми данными.

135° 140° 145° 150° 155° 160° 165° 170° 175°в.д. 180° 175°з.д. 170° 165° 160°

Рис. 9. Пространственное распределение фрагментов акустических изображений (эхо-грамм): о — минтай, о — сельдь, — мойва, о — сайка

Fig. 9. Spatial distribution of echogram fragments for selected species: о — pollock, о — herring, — capelin, о — arctic cod

Из метаархива акустических изображений объектов ресурсных исследований отобраны наиболее типичные, устойчиво повторяющиеся и достоверно подтвержденные результатами тралений фрагменты эхограмм, соответствующие скоплениям преднерестового, нерестового и нагульного минтая, сельди и мойвы Охотского моря (свыше 100 фрагментов) и специфические эхограммы объектов Берингова моря различного размерного состава, связанные с сезонными, суточными и районными особенностями образования скоплений (75 эхограмм).

Характерные акустические изображения минтая Охотского и Берингова морей по размерным группам 1-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50 и больше 50 см, а также сельди, мойвы и сайки совместно с диаграммой размерного распределения и стадии зрелости рыб, данными о районе работ, сезоне, времени суток, параметрах траления и географического положения эхограммы сохранялись в формате doc в виде библиотеки типовых акустических изображений промысловых рыб Берингова и Охотского морей. Примеры таких файлов представлены на рис. 10-11.

Рассмотрим, как качество распознавания гидробионтов на эхограммах может повлиять на оценки запасов тралово-акустическим методом.

Биостатистический район 5

Промысловый район Зап.- Берин. з.

Сезон Октябрь, 1999

Время суток 5:15:09, Ночь

Координаты 61°37.74N 179°57.94Е

Тип трапа РТПГ 80/376

Горизонтальное раскрытие 40

Вертикальноераскрытие 45

Горизонт хода трапа 9.5

Ячея руб./вставки 10

Биостатистический район 5

Промысловый район Зап.- Берин.з.

Сезон Август, 2002

Время суток 12:39:25, День

Координаты 61°54.90N 179°46.71Е

Тип трапа ДТ 27.1/24.4

Горизонтальноераскрытие 20

Вертикальное раскрытие 5

Горизонт хода трала 115

Ячея руб./вставки 10

Вид Улов за 1 час траления, кг Доля в улове, % Мин. длина, см Макс. длина, см Сред. длина, см

Минтай, Tkeragra chakogramma (молодь) 5.96 99.97 5.5 9.7 7.7

Прочие виды 0.01 0.03

Вид Улов за 1 час траления, кг Доля в улове, % Мин. длина, см Макс. длина, см Сред. длина, см

Минтай, Tkeragra chakogramma 32214.76 99.8 20 74 25.9

Прочие виды 63.98 0.19

Рис. 10. Пример представления данных в библиотеке типовых акустических изображений рыб Берингова моря: а — сеголетки минтая (C: \ Библиотека эхограмм \ Берингово море \ Минтай \ 90% \ 1-10 см \ 100% \ Осень \ Ночь); б — минтай 20-30 см (C: \ Библиотека эхограмм \ Берингово море \ Минтай \ 90% \ 20-30 см \ 90% \ Лето \ День)

Fig. 10. Example of data presentation in library of typical acoustic images for common fish species in the Bering Sea: а — 0-age pollock (C: \ Library of echogram \ Bering sea \ Pollock \ 90 % \ 1-10 sm \ 100 % \ Autumn \ Night); б — pollock of size 20-30 cm (C: \ Library of echogram \ Bering sea \ Pollock \ 90 % \ 20-30 sm \90 % \ Summer \ Day)

Обработка акустических данных выполняется преимущественно путём визуального просмотра эхограмм, корректировки ранее заданных и создания новых слоев на эхограммах с использованием специализированных программ постпроцессорной обработки, таких как BI500, Echoview, FAMAS (Николаев и др., 2000). Одной из основных процедур обработки акустических данных является локализация и выделение эхозаписей в определенные группы (категории) — SP_LFG (species/lenght frequency group), которые соответствуют скоплениям со схожими биологическими характеристиками. Во время этой процедуры оператор или группа операторов интерпретирует гидроакустические изображения, задавая слои и оконтуривая косяки на эхограмме, в пределах которых оценивается акустическая плотность рыб (коэффициент поверхностного рассеяния sA, м2миля-2), и присваивает выделенным областям соответствующие размерно-видовые ключи, по которым впоследствии рассчитывается численность и биомасса рыб на акватории съемки.

В настоящее время задача идентификации акустического изображения решается с помощью пелагических и придонных траловых станций. Однако при рассредоточенном положении объектов по слоям глубины эта информация не всегда считается репрезентативной. Дополнительное использование опыта эмпирической интерпретации и типизации эхограмм с характерной для некоторых видов гидробионтов структурой горизонтального и вертикального распределения скоплений позволяет оператору выделить акустические изображения исследуемых видов на фоне других рассеивателей. В большинстве съемок основной целью является идентификация и выделение одного-

і ■ я А * *• Iі " і Сельдь . L ■ *1 «Се* Я 1 | r~i 11

„ ■ и _

Биостатистический район 8

Промысловый район Кам,- Кур. пУз

Сезон Февраль, 2007

Время суток 16:30:47, День

Координаты 53°22.80N 155°17.50Е

Тип трала РТ/ТМ 80/396

Горизонтальное раскрытие 60

Вертикальноераскрытие 45

Горизонт хода трала 50

Ячея руб./вставки 10

Биостатистический район 5

Промысловый район Сев.- Охот, п/з

Сезон Сентябрь, 2003

Время суток 20:35:12,Ночь

Координаты 55°25.84N 145°44.02Е

Тип трала РТПГ 80/376

Горизонтальное раскрытие 29

Вертикальное раскрытие 40

Горизонт хода трала 20

Ячеяруб./вставки 10

Вид Улов за 1 час траления, % Мин. длина, Макс. длина, Сред. длина, Вид Улов за 1 час траления, кг Доля в улове, % Мин. длина, см Макс. длина, см Сред. длина, см

Минтай, Themgra chalcogramma 20000 100 40 55 46.8 СеЛЬДЬ, С/ЦРЄА ,0fl//flS/ 1400.78 99.97 25.8 33 28.5

Прочие виды Прочие виды 0.39 0.03

Рис. 11. Пример представления данных в библиотеке типовых гидроакустических изображений промысловых объектов Охотского моря: а — минтай 40-50 см (C: \ Библиотека эхограмм \ Охотское море \ Минтай \ 100% \ 40-50 см \ 80% \ Зима \ День); б — сельдь (C: \ Библиотека эхограмм \ Охотское море \ Сельдь \ 60% \ 20-30 см \ 60% \ Осень \ Ночь)

Fig. 11. Example of data presentation in library of typical acoustic images for common fish species in the Okhotsk Sea: а — polloc of size 40-50 cm (C: \ Library of echogram \ Okhotsk sea \ Pollock \ 100 % \ 40-50 sm \ 80 % \ Winter \ Day); б — herring (C: \ Library of echogram \ Okhotsk sea \ Herring \ 60 % \ 20-30 sm \ 60 % \ Autumn \ Night)

двух видов рыб, в то время как остальные эхозаписи менее важны и исключаются из процедуры эхоинтегрирования.

Приведем конкретный пример.

На рис. 12 представлен фрагмент эхозаписи на галсе тралово-акустической съёмки в северо-западной части Берингова моря в осенний период. Видно, что скопления рыб различной структуры и плотности рассредоточены практически во всем слое от поверхности до дна. Для идентификации объектов на эхограмме выполнено контрольное траление 0,5 час в придонном слое при вертикальном раскрытии трала 32 м. В улове трала 95 % неполовозрелого минтая в возрасте 2-3 года и менее 5 % сеголеток минтая. Неопытный оператор при постпроцессорной обработке просто создаст слой на эхограмме, который будет захватывать все зарегистрированные эхозаписи и присвоит выделенному слою и измеренной в нем суммарной величине обратного поверхностного рассеяния sд (акустической плотности рыб) размерный ключ, сформированный по улову трала. В результате расчетов по стандартному алгоритму (Кузнецов, Николаев, 2000) он получит, что в данном районе обитает по численности 95 % неполовозрелого минтая и около 5 % сеголеток минтая (согласно траловому улову).

Однако из опыта работ в этом районе известно, что в приповерхностном слое выше термоклина во второй половине года обычно обитают сеголетки минтая, переносимые течениями с юго-востока. На рис. 12 в верхнем слое выделены типичные эхозаписи сеголеток минтая, которые днем регистрируются в виде плотных мелких косяков, а ночью — в виде дисперсных слоев выше термоклина (см. рис. 10, а). Судя

File Echogram Layers MultiFrequency Tools

В. I -a C. fl - V-S.A а.-ф-4-S? "4 <9 S Г ti E

Сеголетки минтая

грр

m

Нг-~ ^ : 1^--- . /Гг ■ \ —і Г"

*1 1 і J < •' ■И ГГ"'";-; Н ^ і, j

■ ' _' ""І , '^іі—

2-3-годовики минтая

■* Л-'

Рис. 12. Фрагмент файла эхограммы ЕК-60 в режиме постпроцессорной обработки Fig. 12. Fragment of ЕК-60 echogram file in postprocessing mode

по эхограмме, 5 % численности улова в виде особей сеголеток минтая были пойманы при постановке и выборке трала в приповерхностном слое. Скопления нагульного минтая (неполовозрелого и половозрелого) в северо-западной части Берингова моря в летне-осенний период располагаются преимущественно ниже холодного промежуточного слоя до 50 м над грунтом, как это выглядит на рис. 12, и были в подавляющем большинстве пойманы в трал.

Создавая по результатам идентификации соответствующие слои на эхограмме. как показано на рис. 12, мы задаем соотношение акустической плотности скоплений (коэффициента sA) согласно выявленной размерной структуре вертикального распределения рыб на эхограмме. Присваивая выделенным слоям различные размерные ключи (верхний слой — 100 % сеголетки минтая, нижний слой — 100 % 2-3-годовики из тралового улова) и задавая границы страты (по горизонтальному распределению), получаем, что на данном участке галса обитает по численности примерно 75 % сеголеток минтая и 25 % неполовозрелого минтая. Слой термоклина исключается из обработки.

Заключение

В результате данной работы сформирована библиотека типовых акустических изображений промысловых рыб Берингова и Охотского морей. Использование библиотеки акустических изображений в дальнейшем позволит оператору, выполняющему тралово-акустическую съёмку, уточнять вид объекта на эхограмме и корректно оценивать вертикальную и горизонтальную протяженность скопления рыб данного вида на фоне других рассеивателей в процессе вторичной обработки гидроакустической информации. Планируется выпустить электронный атлас характерных гидроакустических изображений (эхограмм) основных промысловых объектов бассейна Берингова

и Охотского морей. Атлас будет полезен как для научных работников, участвующих в проведении комплексных съемок биоресурсов, так и для штурманов рыбопромыслового флота в качестве пособия при работе с поисковой гидроакустической аппаратурой.

Предполагается дальнейшее развитие программных средств для целей автоматической идентификации (распознавания) акустических изображений гидробионтов на эхограммах по видам и размерам. Библиотека будет использована в качестве банка данных при проведении процедуры анализа и отбора акустических изображений по заданным критериям в модуле идентификации программного комплекса FAMAS. Возможность автоматической классификации объектов на эхограммах обеспечит повышение оперативности и достоверности оценок запасов и эффективности их промысла с использованием гидроакустических технологий.

список литературы

Кудрявцев в.И. Использование гидроакустики в рыбном хозяйстве : монография. — М. : Пищ. пром-сть, 1979. — 172 с.

Кузнецов М.Ю., Николаев А.в. Руководство по сбору и первичной обработке данных акустических измерений при проведении тралово-акустических съемок запасов минтая в Беринговом море. — Владивосток : ТИНРО-центр, 2000. — 68 с.

Николаев А.в., Кузнецов М.Ю., Убарчук И.А. Инструментальные средства и информационные технологии акустического мониторинга рыбохозяйственных акваторий // Рыб. хоз-во. — 2000. — № 4. — С. 37-39.

MacLennan D.N., Simmonds E.J. Fisheries acoustics. — L. : Chapman & Hall, 1992. — 325 p.

Поступила в редакцию 22.05.13 г.