Обнаружение стайных груперов-голиафов по их низкочастотным импульсным звукам
Более 800 видов рыб способны издавать звуки для различных функций, таких как ухаживание и спаривание, защита территории или реакция на угрозы. Каждый вид имеет характерную форму волны, уникальную для его "зовов". Классификация звуков рыб поможет понять, как они реагируют на изменения окружающей среды и антропогенные нарушения, такие как шум океана и рыболовная деятельность, а также на изменения, связанные с потеплением вод или "красными приливами".
Пассивная акустика — метод измерения для обнаружения звуков или вибраций, создаваемых морскими млекопитающими в дикой природе. Хотя эта технология помогла пролить свет на предпочтения рыб в среде обитания и их перемещения, ни одно исследование еще не смогло детально проиллюстрировать их поведение.
Исследователи из Флоридского Атлантического университета выбрали для своего исследования стайного групера-голиафа (Epinephelus itajara) и внедрили новую автоматизированную модель детектора и локализации для поиска подводных морских организмов с использованием их низкочастотных импульсных звуков. Группер-голиаф — один из самых крупных видов груперов, достигающий до 800 фунтов. Они издают низкочастотные (пик 60 Гц) громкие "бумы" с помощью плавательного пузыря и окружающих мышц. Эти "бумы" демонстрируют "полициклическую" форму волны, которая быстро нарастает по амплитуде в течение одного или двух циклов волны, а затем экспоненциально затухает.
Для исследования ученые записали звуки групера-голиафа на искусственном рифе в Мексиканском заливе. Они развернули автономную шестиэлементную акустическую решетку с тремя гидрофонами на структуре рифа и тремя на дне океана, которая непрерывно записывала данные в течение трех дней.
Используя разность времени прихода сигнала (TDOA), была разработана модель локализации источника звука на основе ступенчатой согласованной фильтрации. Она использует двухэтапный подход: сначала для идентификации звука, а затем для его локализации. На первом этапе исследователи применили адаптивный к шуму согласованный фильтр для обнаружения и определения времени звуковых импульсов. На втором этапе обнаруженные импульсы подавались в алгоритм локализации TDOA для вычисления местоположения источника.
Результаты исследования, опубликованные в Journal of the Acoustical Society of America, показали, что эта модель может использоваться для автоматической обработки больших объемов акустических данных и предоставляет детальные данные о перемещениях морских организмов, производящих низкочастотные звуковые импульсы. Модель применима для отслеживания группы морских организмов и их активности, такой как кормление, реакция на хищников или партнеров по спариванию.
"Локализация зовов групера-голиафа вокруг их среды обитания дает нам возможность изучить их мелкомасштабные модели активности в различных пространственно-временных условиях, при разном фоновом шуме и различных условиях окружающей среды", — сказал Ханьци Чжуан, соавтор исследования.
Используя автоматизированный подход локализации, исследователи составили карту распределения зовов групера-голиафа на искусственном рифе в два конкретных времени суток. Результаты показали, что звуки чаще всего издавались между 1 и 3 часами ночи. Распределение в полдень показало скопление рыб вблизи центра и к северу и востоку от искусственного рифа. Ночью скопление рыбьих зовов было более сконцентрировано вблизи рифа и к юго-западу от него.
"Эта неинвазивная, автоматизированная методика эффективно обрабатывает большие акустические наборы данных для непрерывного картирования эволюции пространственного распределения источника звука с относительно высокой точностью", — отметил Лоран Шерюбен, соавтор исследования.