Towards efficient benthic survey design with the use of Autonomous Underwater Vehicles

Abstract

This research work contributes towards improvement of stock assessment techniques for macrobenthic organisms in Icelandic waters with the use of an autonomous underwater vehicle (AUV) as a survey tool for population assessments, and through considering ways in which designs of such surveys can be made more efficient. The Iceland scallop Chlamys islandica (O.F. Muller) population in West Iceland was used as an instructive example to develop the use of a Gavia AUV for benthic research purposes in Icelandic waters. A method for quantitative population assessment of Iceland scallops from AUV photos was developed. It was shown that small-scale AUV surveys can be repeated in a feasible manner to gather enough data replicates to estimate variance of key population parameters, such as mean abundance and size distribution. Information on variability can be used to optimize survey designs by calculating the number of samples that would yield acceptable survey precision. A modest comparison of scallop size distributions obtained from a AUV and classical dredge survey highlighted the bias and size-selectivity of the dredge survey.Optimized sampling strategies for length distributions were also evaluated and emphasis was placed on the importance of detecting peaks (possible year classes) in the distribution with certainty. A generic approach was presented that incorporates sampling costs to identify the optimum number of samples and sample sizes to achieve this. Further, habitat classification techniques for automated detection of scallop beds from AUV images were evaluated. The mechanism developed can potentially be used to automatically classify a large set of seafloor photos to detect scallop habitats. The thesis is methodological and does not necessarily draw any biological conclusions from the study. The analytical techniques developed are generic and can be applied to most projects of this nature. To the best of our knowledge, this is the first time an AUV has been successfully used for quantitative fisheries stock assessment purposes in Icelandic waters.

Þetta verkefni fjallar um þróun aðferða við stofnmat botndýra á Íslandsmiðum með því að nota sjálfstýrt djúpfar til stofnmælinga og þróa aðferðafræði sem gerir slíkar mælingar öflugri. Notkun djúpfarsins til botndýrarannsókna á Íslandsmiðum var þróuð við rannsóknir á hörpudiski, Chlamys islandica (O.F. Müller) í Breiðafirði.Þróuð var aðferð til stofnmats hörpudisks byggt á ljósmyndum teknum með djúpfari. Sýnt var fram á að endurtaka má slíkar mælingar og ná þannig gagnasafni sem leyfir mat á dreifni helstu mælikvarða s.s. þéttleika og stærðardreifingutegunda. Upplýsingar um breytileika má síðan nota til að finna hagkvæmustu tilraunahögunina með þvi að meta fjölda sýna sem þarf til að ná nægileganákvæmu stofnmati. Samanburður stærðardreifinga hörpudisks með djúpfari og skelfiskplóg sýndi bjagað og stærðar háð val plógsins. Aðferðafræðin sem þróuð var sýndi einnig hvernig ná má bestu sýnatöku fyrir lengdardreifingar með áherslu á að greina toppa í lengdardreifingum (og þá hugsanlega árganga) með gefnu öryggi. Almenn aðferð var þróuð til þessa, en hún ákvarðar besta fjölda sýna og sýnastærð sem lágmarkar kostnað við sýnatöku fyrir fyrirfram ákveðna nákvæmni-. Prófaðar voru nokkrar aðferðir til sjálfvirkrar auðkenningar búsvæða hörpudisks byggt á myndum frá djúpfari. Aðferðina má nota sjálfvirkt á stór myndasöfn.Í rannsókninni er þróuð aðferðafræði og ekki er reynt að draga líffræðilegar ályktanir. Aðferðirnar hafa almennt notagildi og má beita þeim á mörg mismunandi verkefni af þeirri gerð sem hér er fjallað um. Þetta er í fyrsta sinn sem djúpfar er prófað sem tæki til stofnmats á Íslandsmiðum.