CRIMAC - Centre for research-based innovation in marine acoustic abundance estimation and backscatter classification

CRIMAC vil forbetra og automatisera tolkinga av data frå moderne breidbanda ekkolodd frå forskingsfartøy, fiskebåtar, og oppdrettsanlegg. Eksperimentell feltforsking, kunstig intelligens, og kontrollerte eksperiment vil verta nytta. Hovudmålet med SFI’en er å vidareutvikla fiskeriakustisk metodikk og tilhøyrande optiske metodar, og å nytta slike metodar til 1) undersøkingar for marine organismar, 2) fiskeri, 3) akvakultur og 4) energisektoren. Kva er og korleis bidreg dei ulike delane av marine organismar til ekkostyrken? Komplekse breidbanda frekvensresponsar frå marine organismar er utforska gjennom ulike numeriske modellar og metodar for signalprosessering. Dei akustiske eigenskapane til mesopelagisk fisk er viktig for å forbetra dei globale mengdeestimata, og effektar av skjær-viskositet på resonans og målstyrke til mesopelagisk (Khodabandeloo et al., 2021c) og estimering av symjeblæreform (Khodabandeloo et al., 2022) er publisert. Eit kodebibliotek av signalbehandlingstrinna til Simrad EK80 breidbanda ekkolodd er utvikla. Biblioteket vil verta publisert under ein open kjeldekode-lisens. Dette er brukt til å kvalitetssikra Havforskingsinstituttet sine verktøy og det er teke i bruk av CodeLab i deira arbeid mot energisektoren. «Lekkasje» av energi mellom frekvensar er studert (Khodabandeloo et al., 2021a), og dette er brukt til å oppdatera prosedyrane for innsamlinga av breidbandsdata for vitskaplege tokt. Kva er breidbandsfrekvensresponsene til marine organismar? Observasjonar frå makrell, sild og botnfisk, frå probar og skipsbaserte ekkolodd, frå forskingsfartøy og fiskefartøy er samla inn. Desse observasjonane vil nyttast til å bygga CRIMAC sitt bibliotek for validerte mål. Måling av storleik av fisk er viktig for fiskerinæringa, oppdrettsnæringa og for vitskaplege tok, og vi arbeider med ulike strategiar for å observera lengde ved hjelp av breidbanda signal. Det er utførd merdeksperiment på laks som ikkje har tilgang til luft for fylling av symejblæra, og breidbandsignalet er overvaka over tid. Tre masteroppgåver er fullført under dette eksperimentet (Rong, 2022). Arbeid på kalibrering av ekkolodd er ein viktig komponent, og prosedyrar for kalibrering av breidbanda ekkolodd med ulike kalibreringkuler har starta opp. Kva er organismane og måla som genererer ekko? Teknikkar for å validera kva mål som generer det akustiske signalet er ei sentral oppgåve. Dette vil inkludera optiske verifiseringsverktøy. Vi vil også utvikla nøyaktige trålbaserte prøvetakingsmetodar, inkludert kontroll på trålgeometri og posisjonering, og aktive prøvetakingsmetoder som sikrar representativ prøvetaking frå ulike djup. Metodar for å automatisk telja og identifisera art frå Deep Vision (DV) er utvikla (Allken et al., 2021), og algoritmen er bygd inn i DV systemet og er klar for testing på Hi sine tokt. Vi arbeider og med korleis vi kan nytta DV til å observera pelagisk i trål som har for store masker til å fanga den. Sandskyer under botntråling skaper problem for optiske system, og vi har undersøkt biletkvaliteten ved å heva kamerasystemet i ulike høgder over botn. Maskinlæring og artsklassifisering Moderne maskinlæringsalgoritmar kan brukast på historiske akustiske data, og datasett frå lange tidseriar av akustiske undersøkingar er etablert. Vi har og undersøkt korleis ulike preproseseringsalgoritmar påverkar algoritmane (Ordoñez et al., 2022). Det er arbeidd med ulike algoritmar for å forbetra ytinga til maskinlæringsalgoritmar for akustisk artsklassifisering, inkludert «semi-supervised» algoritmar (Choi et al., 2021b). Ulike ekkoloddfrekvensar vert nytta av algoritmane til å klassifisera art, og ei master oppgåve har sett på kva frekvensar som er viktige (Holager, 2022). Autonome farkostar, tokt- og eksperimentelt-design Innføring av autonome eller fjernstyrte plattformar gjer ein effektiv måte å distribuera akustiske sensorar. Plattformene kan enten køyrast frittståande eller saman med skip. Dei kan og nyttast i ei rekkje ulike bruksområde, inkludert speidarfartøy for fiskeoperasjonar og for å utvide RV-baserte akustiske undersøkingar. Kayakdronen utvikla av HI (Totland and Johnsen, 2022) og Sounder plattforma utvikla av Kongsberg vil bli nytta i senteret. Ulike tilnærmingar for å bruke disse plattformene vil bli utforska, inkludert ulike statiske og adaptive forsøksoppsett

Fisheries acoustics is used to monitor the largest fish and krill stocks in the world’s oceans and to study marine ecosystems. A modern fishery without acoustic tools for detection, inspection and monitoring of seabed, schools, and the catching process is unthinkable. New wideband echo sounders offer a new opportunity in this arena for Norwegian science and industry. Science and fishing vessels can not only observe the echo amplitude and density of fish under the vessel, but also utilize the backscattered echo spectrum from the organisms. For simplicity, we prefer to define this as the echo dialect of the objects, as for example, an echo from an individual herring is affected by body shape, swim bladder, body constituent and behavior, and is different from the mackerel “echo dialect". We propose that systematic experimental and in situ research can be used to understand and interpret the different echo dialects from fish and marine organisms. We will further expand on existing multifrequency methods for classification and target sizing by utilizing modern machine learning techniques. This will improve the accuracy of existing monitoring methods and help the fishing skipper to make good catch decisions. Further, direct optical observations from the trawl and use of active selection devises will reduce bycatch. For accurate verification of acoustic recordings, we need continuous optical information from the trawl cod end. This will be achieved with the Scantrol DeepVision system, here tested with active selection devices, and open/closing nets. Discrete samples may then be taken sequentially in deep water, such as in mesopelagic communities. Wideband technology has been miniaturized and can be installed in probes, bottom landers, and surface and underwater unmanned vehicles (drones). We will assess how these can improve scientific monitoring by increased adaptive sampling, and how drones can be used in fishing for forward-mapping and inspection prior to catching.