Hopp til hovedteksten
Westzoo
Utskriftsvennlig versjon

WESTZOO: Utprøving av bredbånds ekkolodd på dyreplankton

Vanlige ekkolodd benytter gjerne en frekvens om gangen, som 38 eller 70 kHz. I WESTZOO-prosjektet utvikles det et nytt ekkolodd som samtidig kan sende lyd på mange frekvenser, fra 10 til 500 kHz. Målsetningene er mer nøyaktig mengdemåling av dyreplankton, med mye høyere oppløsning, og mer nøyaktig identifisere av ulike dyreplanktonorganismer.

WESTZOO står for “Exploiting new Wideband Echo Sounder technology for ZOOplankton characterization, sizing and abundance estimation”.

Et vanlig ekkolodd sender og mottar på et smalt frekvensbånd, for eksempel 38 kHz. Ved bruk av flere ekkolodd med ulike, men smale frekvensbånd, for eksempel 18, 38, 70, 120, 200 og 333 kHz kan en finne hvordan ulike organismer reflekterer lyd på ulik frekvens, og måle en slags frekvensrespons.  Frekvensresponsen kan videre brukes til å identifisere hva slags organisme som har forårsaket ekkoet. På denne måten kan vi i dag skille mellom ekkoet fra en makrellstim, en sildestim osv. og vi kan se om det er dyreplankton som har gitt ekkoet. 

Mål å måle mengde

WESTZOO-prosjektet går videre på dette området, ved at prototypen av det nye ekkoloddet kan samtidig sende lyd på mange frekvenser, faktisk fra 10 – 500 kHz. Dette representerer et slags kvantesprang (eller i alle fall et slags 10-årshopp i undervanns akustisk teknologi). Selve senderen, svingeren, er den enda den begrensende faktoren, og bredbåndssendere med tilstekkelig båndbredde finnes i dag bare på de høyeste frekvensene fra 60 kHz og oppover til 450 kHz. Disse passer best for dyreplankton og fisk ned til ca. 200 meters dyp.

Prosjektet arbeider derfor nå i starten først imot dyreplankton, hovedsakelig krill fordi ekkoet fra disse passer best for det frekvensbåndet vi har tilgjengelig.

Målsetningene med systemet er å kunne mengdemåle dyreplankton mer nøyaktig, med mye høyere oppløsning, og for å kunne identifisere ulike dyreplanktonorganismer mer nøyaktig.  Videre arbeid imot fisk og andre mål vil bli startet i 2012 i CRISP, som er Havforskningsinstituttets senter for fremragende forskning innenfor miljøvennlig fangst..

Datamengdene fra denne typen ekkolodd blir formidable i forhold til tidligere systemer, dvs. ca. 500 ganger mer/ tidsenhet, noe som setter spesielle krav til datamaskiner, lagringsplass og nettverk.

Kolmule og krill

Ny kalibreringsmetodikk ble utviklet og prøvd under ett utprøvingstokt i november 2009. Her målte vi imot vanlige Wolfram Karbid (WC) kalibreringskuler og imot store, 420 millimeter diameter, hule aluminiumskuler med godt resultat. Formålet med en slik kalibrering er å kunne oppnå at systemet etter en kalibrering kan vise spektralresponsen til et tilfeldig mål med høy nøyaktighet, kanskje ±1-2 % over hele båndet. Dette er grunnleggende akustisk forskning som får et betydelig større nedslagsfelt enn bare for dette prosjektet.

Under samme tokt målte vi også frekvensrespons fra nordlig krill, enkeltvis og i slør, og fra kolmule. Begge to kunne måles på kort avstand fordi ekkolodd og sendere ble montert i en stor vanntett TS-sonde (TS betyr target strength) som kan senkes til ønsket dyp, og all kommunikasjon blir overført på optisk kabel til fartøyet. Detaljstudier av ekkoene fra slike mål ble utført i prosjektet. Datalesing, signalanalyse og visualisering av ekkogrammer og frekvensrespons foregikk ved hjelp programmeringsverktøyet MatLab. I 2010 var vi på algoritme utviklingsnivå både med hensyn på kalibreringsprogram og analyseprogram.

Større feltforsøk

I 2010 gjennomførte vi et større feltforsøk med systemet på havbruksstasjonen i Austevoll, der vi målte imot kontrollerte størrelser og mengder av nordlig krill i lukket spesialmerd. Vi prøvde også å sende flere deler av spekteret samtidig for å kunne analysere problemene med harmoniske frekvenser, som kan forstyrre deler av spekteret. Synkronisert stereofotografering av organismene som ble målt akustisk ble også gjennomført. Kalibrering av systemet inngikk som en del av målingene.

Under det andre felttoktet, fra 17. november til1. desember 2010 med G.O. Sars, videreutviklet vi kalibreringsmetodikk, ferdigstilte beregninger og analyser for enkeltmål (en og en fisk el.), inkludert posisjonering av målene med bredbånds splitt stråle metodikk. (Her er vi antagelig verdensledende, fordi ingen har gjort dette før). Nøyaktigheten i posisjonering av målet inne i strålen er svært tilfredsstillende, og bedre enn for smalbånds ekkolodd. 

Skjermer teknologi

På tredje og siste. felttoktet skal vi konsentrere innsatsen imot målinger på multiple(flere) mål, der fisken eller dyreplanktonet blir mengdeberegnet i lag eller stimer. Inter-kalibreringer mot dagens metodikk som er et standard ekkolodd (EK60) er også en viktig del av toktprogrammet.
Av strategiske hensyn er det ikke publisert noen resultater internasjonalt fra prosjektet.  Vi ønsker å  skjerme denne teknologien til vi er nærmere målene med kalibreringsmetodikk og beregningsmetodikk.

Det meste av signalbehandlingen er ny for alle prosjektdeltagerne og en har i 2009 og 2010 arbeidet i grupper for å utvikle programvare for signalbehandling. En liten smakebit ble lansert i Dagsrevyen under toktet i 2010, men de første tre vitenskaplige presentasjonene ble gjort under ICES FAST-arbeidsgruppen på Island i mai 2011, under møtet til Acoustic Society of America i Seattle i Juni 2011 og på det asiatiske akustikkmøtet, AFAS 2011, i Qingdao, Kina i november 2011. (Se referanser).

Vi er nå klar til å publisere viktige resultater, mens det kommersielle ekkoloddproduktet fra Simrad enda er et lite stykke fram. Prosjektet, som har arbeidet med prototypene, er i alle fall eksponert internasjonalt, og de fleste forskere innenfor fiskeri og zooplanktonforskning vet hva vi forsker på, og venter i spenning.

 

Kontaktpersoner

Egil Ona
909 98 087