tinroИзвестия ТИНРОIzvestiya TINRO1606-99192658-5510ТИНРО10.26428/1606-9919-2024-204-705-721SJRXIStinro-985Research ArticleМЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS OF INVESTIGATIONSОпыт реализации и способы дальнейшей автоматизации беспилотного учета тихоокеанских лососей в Охотском районе Хабаровского краяExperience of implementation and approaches for further automation in unmanned aerial counting of pacific salmon in the Okhotsk district of Khabarovsk Regionhttps://orcid.org/0000-0002-7123-1792КоцюкД. В.KotsyukD. V.

Коцюк Денис Владимирович, кандидат биологических наук, руководитель филиала

680038, г. Хабаровск, Амурский бульвар, 13а

Denis V. Kotsyuk, Ph.D., head

13a, Amursky Boulevard, Khabarovsk, 680038

kotsyuk@khabarovsk.vniro.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6060-1532СвиридовВ. В.SviridovV. V.

Свиридов Владимир Владимирович, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

680038, г. Хабаровск, Амурский бульвар, 13а

Vladimir V. Sviridov, Ph.D., leading researcher

13a, Amursky Boulevard, Khabarovsk, 680038

vladimir.sviridov.1974@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0000-7664-7458ПоваровА. Ю.PovarovA. Yu.

Поваров Андрей Юрьевич, старший специалист

680038, г. Хабаровск, Амурский бульвар, 13а

Andrey Yu. Povarov, senior specialist

13a, Amursky Boulevard, Khabarovsk, 680038

povarov@khabarovsk.vniro.ruХабаровский филиал ВНИРО (ХабаровскНИРО)РоссияKhabarovsk branch of VNIRO (KhabarovskNIRO)Russian Federation2024081020242043705721Copyright © Коцюк Д.В., Свиридов В.В., Поваров А.Ю., 20242024Коцюк Д.В., Свиридов В.В., Поваров А.Ю.Kotsyuk D.V., Sviridov V.V., Povarov A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya.tinro-center.ru/jour/article/view/985

Описан опыт беспилотного учета тихоокеанских лососей в реках Охотского района Хабаровского края в 2021–2023 гг. Приведены оценки плотности нерестовых бугров и производителей на контрольных участках и рассмотрены перспективы использования данных показателей в целях информационного обеспечения задач прогнозирования. Проанализирована специфика беспилотного учета тихоокеанских лососей, предложены варианты дальнейшего развития методики. Учитывая, что описанный вариант беспилотного учета подходит лишь для информационного обеспечения задач прогнозирования, даны рекомендации по его модификации в целях применимости для сопровождения путины и инвентаризации нерестилищ. На основе полученного опыта и литературных сведений рассмотрены способы дальнейшей автоматизации беспилотного учета тихоокеанских лососей. Предлагаемые подходы к автоматизации структурированы для ключевых этапов: планирования пространственного покрытия, аэрофотосъемки, фотограмметрической обработки, векторизации, расчета численности. Показаны особенности автоматизации в зависимости от целей учета: информационного обеспечения задач прогнозирования, сопровождения путины или инвентаризации нерестилищ. Автоматизация учета должна основываться на стыкуемости и взаимной сбалансированности применяемых подходов на разных этапах учета.

Unmanned aerial counting of pacific salmon in the rivers of the Okhotsk district (Khabarovsk Region) in 2021–2023 is analyzed. Estimates of the spawning redds number and the spawners abundance are presented for the monitoring sites. Prospects for using these indices for forecasting the stocks are discussed. Specifics of unmanned counting are considered, and options for further development of the methodology are proposed. The method of unmanned counting is suitable for information support of the stock forecasts only, but can be modified for application in fishery management and spawning grounds inventory. Possibilities for further automation in the unmanned counting of pacific salmon are considered on the base of the authors’ experience and literature information. Proposed approaches to automation are outlined for key stages of unmanned counting, as spatial coverage planning, aerial photography acquisition, photogrammetric processing, vectorization, and abundance estimation. Features of the automation implementation depend on purposes of the counting and are different for the stock forecasting, fishery management, and spawning grounds inventory. Adequate automation should be based on ensuring consistency and mutual balance of approaches used at different stages of the counting.

тихоокеанские лососиБПЛАфотограмметрияГИСвекторизацияавтоматизацияискусственный интеллектpacific salmonunmanned aerial vehicle (UAV)photogrammetrygeoinformation system (GIS)vectorizationautomationartificial intelligenceРабота выполнена в рамках бюджетного финансирования.The study was conducted on budget funding.ReferencesДуленин А.А., Дуленина П.А., Коцюк Д.В., Свиридов В.В. Опыт и перспективы использования малых беспилотных летательных аппаратов в морских прибрежных биологических исследованиях // Тр. ВНИРО. — 2021. — Т. 185. — С. 134–151. DOI: 10.36038/2307-3497-2021-185-134-151.Dulenin, A.A., Dulenina, P.A., Kotsyuk, D.V., and Sviridov, V.V., Experience and perspectives of small unmanned aerial vehicles application for marine coastal biological studies, Tr. Vses. Nauchno-Issled. Inst. Rybn. Khoz. Okeanogr., 2021, vol.185, pp. 134–151. doi 10.36038/2307-3497-2021-185-134-151Запорожец О.М., Запорожец Г.В. Использование фото- и видеофиксации для оценки количества производителей тихоокеанских лососей на нерестилищах и путях их миграций: некоторые методические подходы // Исслед. водн. биол. ресурсов Камчатки и сев.-зап. части Тихого океана. — 2017. — Вып. 47. — С. 77–90. DOI: 10.15853/2072-8212.2017.47.77-90.Zaporozhets, O. M. and Zaporozhets, G.V., Using the photo- and video records for assessment of pacific salmon escapement on migration routes and spawning grounds: some of methodical approaches, Issled. Vodn. Biol. Resur. Kamchatki Sev.-Zapadn. Chasti Tikhogo Okeana, 2017, no. 47, pp. 77–90. doi 10.15853/2072-8212.2017.47.77-90Запорожец О.М., Запорожец Г.В., Фельдман М.Г. Оценка численности производителей нерки и их распределение по нерестовым стациям в бассейне Начикинского озера (Камчатка) в 2019 г. // Изв. ТИНРО. — 2020. — Т. 200, вып. 3. — С. 618–634. DOI: 10.26428/1606-9919-2020-200-618-634.Zaporozhets, O.M., Zaporozhets, G.V., and Feldman, M.G., Estimation of the number of sockeye salmon adults and their distribution by spawning stations in the basin of Lake Nachikinskoye (Kamchatka) in 2019, Izv. Tikhookean. Nauchno-Issled. Inst. Rybn. Khoz. Okeanogr., 2020, vol. 200, no. 3, pp. 618–634. doi 10.26428/1606-9919-2020-200-618-634Свиридов В.В., Золотухин С.Ф. Методы ГИС для инвентаризации нерестилищ тихоокеанских лососей р. Амур // Изв. ТИНРО. — 2020. — Т. 200, вып. 3. — С. 730–746. DOI: 10.26428/1606-9919-2020-200-730-746.Sviridov, V.V. and Zolotukhin, S.F., Gis methods for inventory of pacific salmons spawning grounds in the Amur River, Izv. Tikhookean. Nauchno-Issled. Inst. Rybn. Khoz. Okeanogr., 2020, vol. 200, no. 3, pp. 730–746. doi 10.26428/1606-9919-2020-200-730-746Свиридов В.В., Коцюк Д.В., Подорожнюк Е.В. Беспилотный фотограмметрический учет тихоокеанских лососей посредством БПЛА потребительского класса // Изв. ТИНРО. — 2022а. — Т. 202, вып. 2. — С. 429–449. DOI: 10.26428/1606-9919-2022-202-429-449. EDN: CNQHAF.Sviridov, V.V., Kotsyuk, D.V., and Podorozhnyuk, E.V., Photogrammetric counts of pacific salmon by means of unmanned aerial vehicles of consumer grade, Izv. Tikhookean. Nauchno-Issled. Inst. Rybn. Khoz. Okeanogr., 2022, vol. 202, no. 2, pp. 429–449. doi 10.26428/1606-9919-2022-202-429-449. EDN: CNQHAFСвиридов В.В., Подорожнюк Е.В., Никитин В.Д., Скорик А.В. Модификации беспилотного учета производителей тихоокеанских лососей в реках Сахалинской области и Хабаровского края // Изв. ТИНРО. — 2022б. — Т. 202, вып. 4. — С. 1015–1031. DOI: 10.26428/1606-9919-2022-202-1015-1031. EDN: JULFRV.Sviridov, V.V., Podorozhnyuk, E.V., Nikitin, V.D., and Skorik, A.V., Modifications of unmanned aerial survey on spawners of pacific salmons in the rivers of Sakhalin and Khabarovsk Regions, Izv. Tikhookean. Nauchno-Issled. Inst. Rybn. Khoz. Okeanogr., 2022, vol. 202, no. 4, pp. 1015–1031. doi 10.26428/1606-9919-2022-202-1015-1031. EDN: JULFRV.Шевляков Е.А., Маслов А.В. Реки, определяющие воспроизводство тихоокеанских лососей на Камчатке, как реперы для оценки заполнения нерестового фонда // Изв. ТИНРО. — 2011. — Т. 164. — С. 114–139.Shevlyakov, Е.А. and Maslov, А.V., The rivers determining reproduction of pacific salmons in Kamchatka as indicators of spawning grounds filling, Izv. Tikhookean. Nauchno-Issled. Inst. Rybn. Khoz. Okeanogr., 2011, vol. 164, pp. 114–139.Шевляков Е.А., Фельдман М.Г., Островский В.И. и др. Ориентиры и оперативная оценка пропуска производителей на нерестилища как инструменты перспективного и краткосрочного управления запасами тихоокеанских лососей в реках Дальневосточного рыбохозяйственного бассейна // Изв. ТИНРО. — 2019. — Т. 196. — С. 23–62. DOI: 10.26428/1606-9919-2019-196-23-62.Shevlyakov, E.A., Feldman, M.G., Ostrovsky, V.I., Volobuev, V.V., Kaev, A.M., Golub, E.V., Barabanshchikov, E.I., Golovanov, I.S., Limits and operational evaluation of the spawners escapement to the spawning grounds as tools for prospective and short-term management of the pacific salmon stocks in the rivers of the Far-Eastern fisheries Basin, Izv. Tikhookean. Nauchno-Issled. Inst. Rybn. Khoz. Okeanogr., 2019, vol. 196, pp. 23–62, doi 10.26428/1606-9919-2019-196-23-62Шевляков Е.А., Шубкин С.В. Современный опыт обследования нерестилищ тихоокеанских лососей в водоемах Чукотки // Изв. ТИНРО. — 2020. — Т. 200, вып. 2. — С. 270–291. DOI: 10.26428/1606-9919-2020-200-270-291.Shevlyakov, E.A. and Shubkin, S.V., Recent experience of surveying the spawning grounds of pacific salmons in the water bodies of Chukotka, Izv. Tikhookean. Nauchno-Issled. Inst. Rybn. Khoz. Okeanogr., 2020, vol. 200, no. 2, pp. 270–291. doi 10.26428/1606-9919-2020-200-270-291Шунтов В.П., Волвенко И.В. Сравнительный анализ обилия макрофауны пелагиали и бентали в дальневосточных морях и сопредельных водах Тихого океана // Вопр. рыб-ва. — 2016. — Т. 17, № 2. — С. 133–147.Shuntov, V.P. and Volvenko, I.V., Comparative analysis of the abundance of benthic and pelagic macrofauna in the Far East seas and adjacent waters of the Pacific Ocean, Vopr. Rybolov., 2016, vol. 17, no. 2; pp. 133–147.Auerbach D.S., Fremier A.K. Identification of salmon redds using RPV-based imagery produces comparable estimates to ground counts with high inter-observer variability // River Res. Appl. — 2023. — Vol. 39. — P. 35–45. DOI: 10.1002/rra.4065.Auerbach, D.S. and Fremier, A.K., Identification of salmon redds using RPV-based imagery produces comparable estimates to ground counts with high inter-observer variability, River Res. Appl., 2023. vol. 39, pp. 35–45. doi 10.1002/rra.4065Ballard T., Krueger W. Cattle and Salmon I: Cattle Distribution and Behavior in a Northeastern Oregon Riparian Ecosystem // Rangel. Ecol. Manag. — 2005. — Vol. 58, № 3. — P. 267–273. DOI: 10.2111/1551-5028(2005)58[267:CASICD]2.0.CO;2.Ballard, T. and Krueger, W., Cattle And Salmon I: Cattle Distribution and Behavior in a Northeastern Oregon Riparian Ecosystem, Rangel. Ecol. Manag., 2005, vol. 58, no. 3, pp. 267–273. doi 10.2111/1551-5028(2005)58[267:CASICD]2.0.CO;2Dauble D.D., Watson D.G. Status of fall Chinook salmon populations in the midColumbia River, 1948–1992 // N. Am. J. Fish. Manag. — 1997. — Vol. 17. — P. 283–300. DOI: 10.1577/1548-8675(1997)0172.3.CO;2.Dauble, D.D. and Watson, D.G., Status of fall Chinook salmon populations in the mid-Columbia River, 1948–1992, N. Am. J. Fish. Manag., 1997, vol. 17, pp. 283–300. doi 10.1577/1548-8675(1997)0172.3.CO;2Gallagher S.P., Gallagher C.M. Discrimination of Chinook Salmon, Coho Salmon, and Steelhead Redds and Evaluation of the Use of Redd Data for Estimating Escapement in Several Unregulated Streams in Northern California // N. Am. J. Fish. Manag. — 2005. — Vol. 25. — P. 284–300. DOI: 10.1577/M04-016.1.Gallagher, S.P. and Gallagher, C.M., Discrimination of Chinook Salmon, Coho Salmon, and Steelhead Redds and Evaluation of the Use of Redd Data for Estimating Escapement in Several Unregulated Streams in Northern California, N. Am. J. Fish. Manag., 2005, vol. 25, pp. 284–300. doi 10.1577/M04-016.1Irvine J.R., Bocking R.C., English K.K., Labella M. Estimating coho salmon (Oncorhynchus kisutch) spawning escapements by conducting visual surveys in areas selected using stratified random and stratified index sampling designs // Can. J. Fish. Aquat. Sci. — 1992. — Vol. 49, № 10. — P. 1972–1981. DOI: 10.1139/f92-219.Irvine, J.R., Bocking, R.C., English, K.K., and Labella, M., Estimating coho salmon (Oncorhynchus kisutch) spawning escapements by conducting visual surveys in areas selected using stratified random and stratified index sampling designs, Can. J. Fish. Aquat. Sci., 1992, vol. 49, no. 10, pp. 1972–1981. doi 10.1139/f92-219Isaak D.J., Thurow F.R., Rieman B.E., Dunham J.B. Temporal variation in synchrony among Chinook salmon (Oncorhynchus tshawytscha) redd counts from a wilderness area in central Idaho // Can. J. Fish. Aquat. Sci. — 2003. — Vol. 60(7). — P. 840–848. DOI: 10.1139/f03-073.Isaak, D.J., Thurow, F.R., Rieman, B.E., and Dunham, J.B., Temporal variation in synchrony among Chinook salmon (Oncorhynchus tshawytscha) redd counts from a wilderness area in central Idaho, Can. J. Fish. Aquat. Sci., 2003, vol. 60(7), pp. 840–848. doi 10.1139/f03-073Johnson D.H., Shrier B.M., O’Neal J.S. et al. Salmonid Field Protocols Handbook. Techniques for Assessing Status and Trends in Salmon and Trout Populations. — Bethesda : American Fisheries Society, 2007. — 478 p. DOI: 10.47886/9781888569926.Johnson, D.H., Shrier, B.M., O’Neal, J.S., Knutzen, J.A., Augerot, X., O’Neal, T.A., and Pearsons, T.N., Salmonid Field Protocols Handbook. Techniques for Assessing Status and Trends in Salmon and Trout Populations, Bethesda: American Fisheries Society, 2007. doi 10.47886/9781888569926.Kazakov S.A., Stoianova D.S., Nikolova Y.S., Pehlivanov L.Z. Spawning of Stocked Brown Trout Salmo trutta Linnaeus, 1758 (Actinopterygii: Salmonidae) in Tailwater Section, Downstream Ogosta Reservoir, Bulgaria // Acta Zool. Bulg. — 2022. — Vol. 74, № 1. — P. 111–118.Kazakov, S.A., Stoianova, D.S., Nikolova, Y.S., and Pehlivanov, L.Z., Spawning of Stocked Brown Trout Salmo trutta Linnaeus, 1758 (Actinopterygii: Salmonidae) in Tailwater Section, Downstream Ogosta Reservoir, Bulgaria, Acta Zool. Bulg., 2022, vol. 74, no. 1, pp. 111–118.Maxell B.A. A power analysis on the monitoring of bull trout stocks using redd counts // N. Am. J. Fish. Manag. — 1999. — Vol. 19. — P. 860–866.Maxell, B.A., A power analysis on the monitoring of bull trout stocks using redd counts, N. Am. J. Fish. Manag., 1999, vol. 19, pp. 860–866.McKenna B., Parkyn D., Lecours V. et al. Drones: a new technique for monitoring salmon spawning escapements // Newsletter of the Alaska Chapter, American Fisheries Society. — 2019. — Vol. 39, № 4. — P. 1–6.McKenna, B., Parkyn, D., Lecours, V., Stark, C., and Lepping, B., Drones: a new technique for monitoring salmon spawning escapements, Newsletter of the Alaska Chapter, American Fisheries Society, 2019, vol. 39, no. 4, pp. 1–6.Neilson J.D., Geen G.H. Enumeration of spawning salmon from spawner residence time and aerial counts // Trans. Am. Fish. Soc. — 1981. — Vol. 110, Iss. 4. — P. 554–556. DOI: 10.1577/1548-8659(1981)1102.0.CO;2.Neilson, J.D. and Geen, G.H., Enumeration of spawning salmon from spawner residence time and aerial counts, Trans. Am. Fish. Soc., 1981, vol. 110, no. 4, pp. 554–556. doi 10.1577/1548-8659(1981)1102.0.CO;2Nugent J.J., Lindsey C.T. Hanford Reach Fall Chinook Redd Monitoring Report for Calendar Year 2018. — Richland : Mission Support Alliance, 2020. — 29 p.Nugent, J.J. and Lindsey, C.T., Hanford Reach Fall Chinook Redd Monitoring Report for Calendar Year 2018, Richland: Mission Support Alliance, 2020.Raoult V., Colefax A.P., Allan B.M. et al. Operational Protocols for the Use of Drones in Marine Animal Research // Drones. — 2020. — Vol. 4, Iss. 4. — P. 1–35. DOI: 10.3390/drones4040064.Raoult, V., Colefax, A.P., Allan, B.M., Cagnazzi, D., Castelblanco-Martínez, N., Ierodiaconou, D., Johnston, D.W., Landeo-Yauri, S., Lyons, M., Pirotta, V., Schofield, G., and Butcher, P.A., Operational Protocols for the Use of Drones in Marine Animal Research, Drones, 2020, vol. 4, no. 4, pp. 1–35. doi 10.3390/drones4040064

The authors declare that there are no conflicts of interest present.