Бум! Обнаружение стадных груперов-голиафов с помощью их низкочастотных импульсных звуков

Newswise — от рычания до импульсов и бумов, киты, рыбы и ракообразные — все издают звуки. Фактически, более 800 видов рыб способны издавать звуки для различных функций, таких как ухаживание и спаривание, защита своего дерна или реагирование на угрозы. У каждого из этих видов есть характерная форма волны, которая уникальна для их «звонков». Таким образом, обнаружение структур в этих сигналах можно использовать для идентификации звуков разных видов.

Классификация звуков, издаваемых рыбами, поможет понять, как они реагируют на изменения окружающей среды и антропогенные возмущения, такие как шум океана и рыболовная деятельность, а также на изменения окружающей среды, связанные с потеплением воды из-за изменения климата или красными приливами, которые сейчас часто происходят на западе. побережье Флориды.

Пассивная акустика — это метод измерения, используемый для обнаружения звуков или вибраций, создаваемых морскими млекопитающими в дикой природе. Хотя эта технология помогла пролить свет на предпочтения рыб в среде обитания, а также на их перемещения, ни одно исследование еще не смогло проиллюстрировать их подробное поведение.

Выбор стайного морского окуня-голиафа (Эпинефел будет сыт) для их изучения исследователи из Атлантический университет Флориды внедрил и внедрил новый автоматический детектор и модель локализации для поиска подводных морских организмов с помощью их низкочастотных пульсирующих звуков. Импульсы, связанные со звуками рыбы, можно классифицировать по количеству импульсов, периоду импульса, частоте, форме осциллограммы или описательному названию или звукоподражательному слову, например рычанию, последовательности импульсов или гулу.

Морской окунь-голиаф — один из самых крупных видов морских окуней, достигающий веса до 800 фунтов. Они производят низкочастотные (пик 60 Гц) громкие «хлопки», используя свой плавательный пузырь и окружающие мышцы. Эти удары имеют «полициклическую» форму волны, амплитуда которой быстро увеличивается до одного или двух волновых циклов, а затем экспоненциально снижается.

Для исследования исследователи записали звуки морского окуня-голиафа на искусственном рифе в Мексиканском заливе, где изучалось мелкомасштабное распределение рыб по местам их обитания. Они оценили их присутствие, измерив акустическую активность и то, как рыбы были распределены относительно их среды обитания. Исследователи развернули на искусственном рифе шестиэлементный акустический массив с батарейным питанием, который непрерывно вел запись в течение трех дней. Акустическая группа из шести элементов была установлена ​​с тремя гидрофонами на рифовой конструкции и тремя гидрофонами на дне океана.

С использованием разницы во времени прихода (TDOA) была разработана модель локализации источника звука, основанная на поэтапной согласованной фильтрации. Он использует двухэтапный подход, во-первых, для идентификации звука и, во-вторых, для его локализации. На первом этапе исследователи использовали адаптивный к шуму согласованный фильтр, предназначенный для обнаружения и определения времени звуковых импульсов, записанных гидрофонами. На втором этапе обнаруженные звуковые импульсы передавались алгоритму локализации TDOA для вычисления местоположения источника звука.

Результаты исследования, опубликованные в Журнал Акустического общества Америки, показали, что эта модель может использоваться для автоматической обработки больших объемов акустических данных и обеспечивает детализированные движения морских организмов, которые производят низкочастотные звуковые импульсы. Модель может применяться для отслеживания группы морских организмов и связанной с ними деятельности, такой как кормление морских млекопитающих или беспозвоночных, реакция на хищников или партнеров по спариванию или любые другие нарушения в их среде обитания.

«Локализация криков групера-голиафа вокруг их среды обитания может дать нам возможность узнать об их мелкомасштабных моделях активности в диапазоне пространства и времени, окружающего шума и различных условий окружающей среды», — сказал он. Ханци ЧжуанДоктор философии, соавтор, председатель и профессор ФАУ. Кафедра электротехники и компьютерных наук внутри Колледж инженерии и компьютерных наук. «Метод локализации, который мы использовали, также применим к аналогичным звуковым импульсам, издаваемым китами, дельфинами, лобстерами, крабами и другими ракообразными».

Исследователи использовали подход к автоматической локализации звонков, чтобы составить карту распределения звонков групера-голиафа на искусственном рифе, где массив был развернут в два определенных времени дня. Результаты исследования показали, что звуки чаще всего производились между 1 и 3 часами ночи. Распределение в полдень показало скопление рыб, расположенных недалеко от центра, а также к северу и востоку от искусственного рифа. Ночью скопление криков рыб было сосредоточено ближе к рифу и к юго-западу от него.

«Звонки групера-голиафа могут быть однозначно идентифицированы с помощью согласованной фильтрации, в которой используется общий шаблон идентифицируемого импульса. Эта модель, благодаря своему особому дизайну, также смягчает эффект многолучевости при идентификации и синхронизации их вызовов», — сказал он. Лоран КерубинДоктор философии, соавтор и профессор-исследователь в Портовый филиал ФАУ. «Этот неинвазивный автоматизированный подход эффективно обрабатывает большие наборы акустических данных для непрерывного отображения эволюции пространственного распределения источника звука с относительно высокой точностью».

Соавторами исследования являются Али Салем Альтахер, первый автор и доктор философии. студент; Али К. Ибрагим, доктор философии, инженер-исследователь; Али Мухамед Али, доктор философии, научный сотрудник; и Ахмед Альтахер, доктор философии. студент, все на факультете электротехники и компьютерных наук FAU; Джеймс Локасио, доктор философии, руководитель программы по экологии и акустике рыбных местообитаний, морская лаборатория и аквариум Mote; Майкл Маккалистер, координатор исследований; и Мэтт Аджемианк.т.н., доцент, директор Лаборатория экологии и охраны рыболовстваоба в портовом отделении FAU.

Это исследование было поддержано при финансовой поддержке Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) и Фонда океанографического института Harbour Branch.

– ФАУ –

Об Атлантическом университете Флориды: Атлантический университет Флориды, основанный в 1961 году, официально открыл свои двери в 1964 году как пятый государственный университет во Флориде. Сегодня университет обслуживает более 30 000 студентов и аспирантов в шести кампусах, расположенных вдоль юго-восточного побережья Флориды. В последние годы университет удвоил свои расходы на исследования и опередил своих коллег по показателям успеваемости студентов. Благодаря сосуществованию доступа и совершенства FAU воплощает инновационную модель, в которой традиционные пробелы в достижениях исчезают. FAU признан учебным заведением, обслуживающим латиноамериканцев, признан лучшим государственным университетом по версии US News & World Report и учреждением с высокой исследовательской деятельностью по версии Фонда Карнеги по развитию преподавания. Для получения дополнительной информации посетите www.fau.edu.