Las Operaciones Eureka y las Evaluación Acústica Conjunta (EAC),como plataformas científicas de evaluación de los recursos y elecosistemas, con el uso de embarcaciones pesqueras.

31 . 03 . 2016

INSTITUTO DEL MAR DEL PERU

DGIHSAÁREA FUNCIONAL DE HIDROACÚSTICA

Ing. Marceliano Segura Zamudio Ing. Oswaldo M. Flores Huamán

El sonar, se utilizó por primera vez, después de la Primera GuerraMundial para la detección de submarinos.Las ecosondas comenzaron a emplearse para usos civiles. En1927 el explorador francés Rallier du Baty, informó de ecosinesperados y localizados a media agua; los atribuyó a bancos depesca. En 1929, el científico japonés Kimura informóinterrupciones de un haz acústico de manera continua por elnado de besugo en un estanque de acuicultura.A principios de 1930, dos pescadores comerciales, Ronald Bolas(inglés) y Reinert Bokn (noruego), de forma independienteexperimentaron con ecosondas como un medio para localizarpeces. Ecos acústicos de cardúmenes de espadín registrados porBokn en Frafjord, Noruega fue el primer ecograma de peces quefue publicado. En 1935, el científico noruego Oscar Sund informóobservaciones de cardúmenes de bacalao desde el R/V JohanHjort, constituyéndose como el primer uso de los ecos(resonancia) para fines de investigación pesquera .

AVANCE DE LA ACUSTICA SUBMARINA CON FINES CIVILES

Transductores

TransceiversGPT

Switch ethernet

Computador

Monitor

Más allá del gran desarrollo que han alcanzado lasecosondas científicas, las ecosondas para pesca comercialparalelamente han logrado un gran avance, hasta el puntoen el que hay poca diferencia en la calidad de loscomponentes de las ecosondas científicas y aquellasutilizadas en la pesca comercial.Los sistemas modernos son generalmente estables yrelativamente sencillos de calibrar, lo cual facilita la colectade los datos acústicos, con alto nivel de confiabilidad enapoyo de los objetivos cuantitativos, tales como estimaciónde la abundancia.

También pueden funcionar con varias frecuenciasdiferentes, transductores Split beam. El software controlatodos los aspectos del rendimiento de la ecosonda, facilitala calibración, hay sincronización de la data acústica con lainformación del sistema de posicionamiento global (GPS),con sensores ambientales. Es posible la automatización dela recopilación de datos y la personalización de la pantallade la ecosonda.

LA TECNOLOGÍA ACÚSTICA PESQUERA

APLICACIONES DE LA HIDROACUSTICA EN EL PERU: OPERACIONES EUREKA:En febrero y abril de 1966, luego de las coordinaciones entre el Instituto del Mar del Perú y compañías pesqueras se realizaron las cuatro primeras Eurekas:

III – IV del 17 al 24 de abril de 1966. Latitud: 08° 50’ – 14° 20’ S

I – II 06 al 13 de febrero de 1966.Latitud: 08° 40’ – 14° 40’ S

Sistema acústico convencional• Ecosondas no pueden calibrarse.• No es posible almacenar la data acústica.

Sistema acústicomejorado• Data acústica proveniente de ecosondas sin

calibrar.• Es posible almacenar la data acústica.• Transductor Split beam.• Bajos niveles de ruido.

Sistema acústico dedicadoa evaluación.• Ecosondas calibradas.• La data es posible de almacenar en formato digital.• Es posible discriminar especies.• Transductor Split beam.• Bajos niveles de ruido.• Los barco pueden intercalibrarse• Trabajan de manera conjunta

• Distribución cualitativa de los cardúmenes.• Estudios de dinámica y comportamiento de

los cardúmenes.• Abundancia relativa.

• Información cuantitativa de cardúmenescon baja precisión.

• Estimados de distribución y biomasa conalto nivel de incertidumbre.

• Ecointegración con alto nivel de precisión.• Estimados de distribución y biomasa con

bajo nivel de incertidumbre.• Información o data acústica proveniente de

ecosondas calibradas.• Data de calidad científica.

PRECISIÓN DE LA DATA PROVIENIENTE DE LAS E/P DE CERCOAdaptado de Kloser et al., 2001

MÉTODO DE EVALUACIÓN UTILIZADO RESULTADOS

CO

STO Y P

REC

ISIÓN

Bajo

Alto

IMPORTANCIA DE CALIBRAR UNA ECOSONDA

La calibración es un factor importante paraestimar biomasa de peces por ecointegración.

Calibrar una ecosonda: "permite medir ocomparar con un blanco estándar (esfera), elvalor de la fuerza de reflexión (TS) en cadalectura o en cada pulso acústico, luegoefectuarse los ajustes y obtener los valores decorrección.

El propósito de la calibración es conseguirfactores de conversión que relacionen ladensidad de peces con la salida del eco-integrador o determinar la densidad de pecesen el haz del transductor.

EVOLUCIÓN DE LOS EQUIPOS ACUSTICOS Y DE CALIBRACIONES EN LA ECOSONDAS CIENTIFICAS

1) Uso de SONAR (no orientado verticalmente).2) Eco conteo3) Eco integración

ESTIMACIONES DE POBLACIONES DE PECES

Fuente: Rolf korneliussen

SONARES PESQUEROS

Actualmente no es buena herramienta para las mediciones cuantitativas debido a:• Limitaciones en los SONAR(es) disponibles • Desconocimiento en los aspectos laterales de TS de los peces.

Puede utilizarse para contar y medir el área y el volumen de los cardúmenes

Es un Gran potencial y está en pleno desarrollo a la actualidad.

Eco conteo con ecosonda

Eco conteo es conveniente para ser utilizado en ríos y cuerpos de aguas continentales

Fuente: Rolf korneliussen

Fundamental: blancos individuales tienen que estar distribuidos separadamente ...

Lo cual generalmente no es el caso en aguas del mar peruano

Necesita de un buen método para detectar blancos aislados in situ:dual-beamsplit-beam

Seguimiento (traqueo) de peces Seguimiento (traqueo) de peces con multifrecuencias

Ecuación de ecointegraciónLos blancos no necesitan estar separados (dos peces pueden dar un eco doblemente fuerte como si fuera uno). Lo que se obtiene finalmente es una suma de ecos equivalente a la densidad de peces.

bs

AA

s

4Que queremos

(densidad de peces por área)Que necesitamos saber

(fuerza de blanco)

Que medimos (escrutinizar)

(Nautical Area Scattering Coefficient)

Fuente: Rolf korneliussen

EXPERIMENTOS DE CALIBRACIÓN E INTER CALIBRACION DE ECOSONDAS CIENTIFICAS EK60 Y ES60/70

BIC JOSE OLAYA – BIC L. A. FLORESE/P DE CERCO

La calibración se realizó en una zona localizada al noreste de laIsla San Lorenzo, la profundidad máxima en esta zona fue de 30metros.

Calibración con blanco estándar

Profundidad

(m)

Temperatura

(°C)

Salinidad

(ppm)

5 18,6490 35,1563

10 18,5655 35,1623

15 18,5132 35,1670

20 18,4168 35,1604

Promedio 18,5361 35,1615

Calculo en el programa ER60 de la velocidad del

sonido y coeficiente de absorción

Valores de CTD SeaBird SBE19Plus

1

23

4 5

En ER60 se colectaron 329 detecciones de la esfera. Se excluyeron 35 mediciones que no se ajustaron al modelo de haz.

E/P Tasa 56

E/P Alessandro

En ER60 se colectaron 217 detecciones de la esfera. Se excluyeron 6 mediciones que no se ajustaron al modelo dehaz.

1

2 3

4 5

Las ecosondas calibradas con blanco

estándar que operen a la misma

frecuencia, medirán valores

ecointegrados similares para un

cardumen de peces.

Esto puede ser verificado a través de una

calibración entre barcos o

“intercalibración”. Es así, si dos o más

barcos navegan sobre un mismo

cardumen y se comparan sus

observaciones acústicas, estas serán

similares.

Si uno de los barcos ha sido absolutamente calibrado,

entonces los otros barcos pueden ser calibrados contra este.

En general, la intercalibración no debería ser utilizada como

un substituto para una calibración con blanco estándar

excepto cuando es absolutamente inevitable.

INTERCALIBRACIÓN DE ECOSONDAS

Velocidad alta 8 – 10 kn

0,5 mn10° 10°

0,5 mn10°

MODALIDAD DE INTERCALIBRACIÓN BIC JOSE OLAYA – E/P DE CERCO

Ecuación 2:NASCBIC OLAYA = 1,0489*NASCALESSANDRO - 42,1356

p=0 r2=0,93 a=1,0489 b=-42,1356

Ecuación 1:NASCBIC OLAYA = 0,8829*NASCTASA 56 + 144,9171

p=0 r2=0,88 a=0,8829 b=144,9171

CALIBRACIÓN DE ECOSONDAS SIMRAD ES60/70

En Nueva Zelanda (NIWA) utilizan el programa ExCal en código Matlab para analizar los datos decalibración acústica.

Este software permite que los valores de ganancia del transductor (RMS) sean estimados apartir de promedio, pico, o ecos de la esfera ajustados y también puede remover el error deonda triangular de datos ES60 / 70.

El software fue escrito por Gavin Macaulay (ex NIWA, ahora en el IMR en Noruega). El programaExCal está disponible en https://bitbucket.org/gjm/calibration-code/wiki/Home.

Gavin John Macaulay <gavin.macaulay@imr.no>; Richard O'Driscoll richard.odriscoll@niwa.co.nz; Adam Dunford <Adam.Dunford@niwa.co.nz>

ERROR SECUENCIAL DE ONDA TRIANGULARLa data cruda de las ecosondas ES60 y ES70 se modulan en una secuencia de error de ondatriangular (TWES) con una amplitud de 1 dB pico–pico y un periodo de 2720 – ping (Ryan yKloser, 2004). Los promedios TWES se hacen cero luego de un período completo de la onda, porlo que su contribución al error de muestreo puede ser insignificante. Sin embargo, el TWESpuede sesgar los resultados de calibración tanto como ± 0,5 dB. Por lo tanto, antes decalibraciones, los TWES deben ser removidos de la ES60 o ES70

Ping 1

Ping 680

Ping 1360 Ping 2720Origen 0

Ping 2040

2720 ping por ciclo de onda triangular

Aproximadamente 1 dB de amplitud pico-a-pico

Porción expandida de error de la función mostrando la función básica fundamental

16 puntos de datos

1.176e-2 dB

The zero error ping number is 1442The mean corrected value is 11.6564 dB. Mean sphere range = 11.8355 m, std = 0.17604 m.

CALIBRACIÓN DE ECOSONDA SIMRAD ES60 – E/P CERCO MARU

The sphere TS -40.4 dB

Number of echoes within 0.1993° of centre 70

Maximum TS within 0.1993° of centre -41.1571 dB.

Mean TS within 0.1993° of centre -41.9924 dB

Std of TS within 0.1993° of centre 0.31692 dB

On axis TS from beam fitting -41.8484 dB

Fore/aft beamwidth = 6.5914 degrees.

Fore/aft offset = 0.091067 degrees

(to be subtracted from EK60 angles).

Port/stbd beamwidth = 6.6953 degrees.

Port/stbd offset = -0.11776 degrees

(to be subtracted from EK60 angles).

Results obtained from 4854 sphere echoes. Using c = 1525 m/s. Using alpha = 36.8 dB/km.

Sa correction = -0.39389 dB.RMS of fit to beam model out to 3.3217 degrees = 0.17666 dB.

(the effective pulse length = 0.83411 * nominal pulse length).

RESULTADOS DE CALIBRACIÓN DE ECOSONDA SIMRAD ES60 – E/P CERCO MARU

EXPERIMENTOS DE ECOINTEGRACION CONJUNTAEXPERIMENTO 1: BIC OLAYA E/P CERCO EXPERIMENTO 2: BIC FLORES – E/P CERCO

GRADOS DISTANCIA (mn) POSICIÓN TOTAL

11° 01' - 11° 30' 2 25

11° 31' - 12° 00' 2 16

11° 01' - 11° 30' 5 17

11° 31' - 12° 00' 5 12

11° 01' - 11° 30' 7.5 13

11° 31' - 12° 00' 7.5 16

11° 01' - 11° 30' 10 11

11° 31' - 12° 00' 10 12

11° 01' - 11° 30' 15 22

11° 31' - 12° 00' 15 31

11° 01' - 11° 30' 20 21

11° 31' - 12° 00' 20 31

11° 01' - 11° 30' 25 22

11° 31' - 12° 00' 25 32

11° 01' - 11° 30' 30 19

11° 31' - 12° 00' 30 38

11° 31' - 12° 00' 35 2 2

BIC OLAYA

41

29

29

57

54

52

53

23

GRADOS DISTANCIA (mn) POSICION TOTAL

10° 30' - 11° 00' 2.5 1

11° 01' - 11° 30' 2.5 47

11° 31' - 12° 00' 2.5 25

10° 30' - 11° 00' 5 2

11° 01' - 11° 30' 5 40

11° 31' - 12° 00' 5 20

10° 30' - 11° 00' 7.5 3

11° 01' - 11° 30' 7.5 41

11° 31' - 12° 00' 7.5 51

10° 30' - 11° 00' 10 2

11° 01' - 11° 30' 10 15

11° 31' - 12° 00' 10 12

10° 30' - 11° 00' 15 2

11° 01' - 11° 30' 15 75

11° 31' - 12° 00' 15 63

11° 01' - 11° 30' 20 78

11° 31' - 12° 00' 20 57

10° 30' - 11° 00' 25 3

11° 01' - 11° 30' 25 50

11° 31' - 12° 00' 25 41

11° 01' - 11° 30' 30 22

11° 31' - 12° 00' 30 18

BIC FLORES

73

40

94

135

140

29

95

62

TRANSECTO 1

-RANGO DEL ECOGRAMA: 0-20m

-NASC OLAYA: 24.57

-NASC TASA 56: 24.39

BIC OLAYA EP TASA 56

TRANSECTO 2

-RANGO DEL ECOGRAMA: 0-20m

-NASC OLAYA: 161.11

-NASC TASA 56: 216.85

BIC OLAYA EP TASA 56

TRANSECTO 10-RANGO DEL ECOGRAMA: 0-20m

-NASC OLAYA: 1873.86

-NASC TASA 56: 1919.35

BIC OLAYA EP TASA 56

BIC OLAYA EP TASA 56EP ALESSANDRO

MUESTRA DE EVITAMIENTO DE CARDÚMENES DE PECES MEDIANTE SONAR

Distancia de reacción. (DINER & MASSE, 1987)

Especie Mes Velocidad del barco (N) Distancia de reacción (m)

Sardina Febrero 8,5 200 - 300Caballa Abril 7 300 - 400Sardina Mayo 6,5 150

EVITAMIENTO LATERAL DE CARDÚMENES SUPERFICIALES Diner y Masse (1987) hicieron muchas observaciones de cardúmenes de peces con relación alpaso del barco de investigación y encontraron que peces pelágicos efectuaban fuertesacciones de evitamiento a distancias entre 150 a 400 m, y generalmente a una distanciamayor de 200 m. Los cardúmenes grandes de 100 m o más, al paso de la nave, tienden aromperse en dos y en ambos lados de la embarcación, como consta en el informe porGoncharov et al (1989).

VALORES DE ABUNDANCIA RELATIVA (ECOINTEGRACION):BIC OLAYA Y E/P ALESSANDRO – TASA 56

BIC Olaya - Ecointegración con 250W (Durante la calibración de EK60 - 120 kHz)

Process_ID Interval Layer Sv_mean NASC Height_mean Depth_mean

137 24313719 1 -46.632235 14026.9756 14.986344 17.467849

137 24313720 1 -46.950932 13034.4998 14.986344 17.467849

137 24313721 1 -49.206566 7754.09146 14.986344 17.467849

137 24313722 1 -46.861553 13305.5326 14.986344 17.467849

137 24313723 1 -50.500246 5756.55784 14.986344 17.467849

137 24313724 1 -47.716544 10927.8097 14.986344 17.467849

137 24313725 1 -48.74623 8621.13739 14.986344 17.467849

Promedio 10489.5149 14.986344 17.467849

BIC Olaya - Ecointegración con 250W (Durante la calibración de EK60 - 120 kHz)

Process_ID Interval Layer Sv_mean NASC Height_mean Depth_mean

135 24313731 1 -48.046117 10129.2155 14.986344 17.467849

135 24313732 1 -47.132055 12502.0741 14.986344 17.467849

135 24313733 1 -46.756417 13631.5693 14.986344 17.467849

135 24313734 1 -46.694881 13826.0928 14.986344 17.467849

135 24313735 1 -46.703257 13799.451 14.986344 17.467849

135 24313736 1 -50.05376 6379.86532 14.986344 17.467849

135 24313740 1 -47.847631 10602.8929 14.986344 17.467849

135 24313741 1 -46.377798 14873.314 14.986344 17.467849

135 24313742 1 -45.737524 17235.9457 14.986344 17.467849

135 24313743 1 -46.620077 14066.2972 14.986344 17.467849

135 24313744 1 -48.412355 9310.05014 14.986344 17.467849

135 24313747 1 -49.076688 7989.48364 14.986344 17.467849

135 24313748 1 -48.465451 9196.92067 14.986344 17.467849

135 24313749 1 -49.613267 7060.91195 14.986344 17.467849

135 24313750 1 -47.94867 10359.0642 14.986344 17.467849

Promedio 11397.5432 14.986344 17.467849

CONCLUSIONES

• La validez y representatividad de los datos acústicos dependen del conocimiento exacto delas propiedades de los equipos, fortalecimiento de capacidades de profesionales enhidroacústica, las condiciones del medio ambiente, los factores biológicos – pesqueros delos recursos materia de evaluación, el diseño del estudio de manera oportuna.

• Los problemas iniciales con la calibración y el equipo están resueltos; se recogieron losdatos acústicos de calidad durante la operación conjunta.

• Sin embargo, hay algunos retos que debemos superar para utilizar los barcos de pescacomo plataforma de investigación y llevar a cabo estudios acústicos que no soninsuperables.

• Entre las limitaciones intrínsecas a la utilización de barcos de gran tamaño con redes decerco en proporción a su magnitud.

• La variabilidad de la distribución de los recursos pesqueros producto de los cambiosclimáticos estacionales son determinantes del éxito de una evaluación.

• La selección de buques en el rendimiento acústico es un criterio importante en cualquierprograma de monitoreo basado en buque de pesca.

RECOMENDACIÓNActividad: “Estimación de Biomasa de Recursos Pelágicos en el Mar Peruano con menor Incertidumbre”

Objetivos Específicos

Realizar calibraciones e intercalibraciones de ecosondas científicas SIMRAD EK60 (BICs J. Olaya y L.A. Flores) versusecosondas de pesca SIMRAD ES60/70 (E/P cerco) e implementar con protocolos, validados científicamente, para realizarde exploraciones acústicas conjuntas y cuantificar biomasa de peces.

Mediciones de la fuerza de reflectividad o fuerza de blanco (TS) de peces pelágicos para diferentes frecuencias.

Efectuar experimentos para estimar la fracción de biomasa de peces en la zona superficial, respecto de la profundidad delocalización del transductor en las plataformas de investigación (BIC’s), utilizando transductores de barrido lateral o modoinvertido.

Medir la incertidumbre en los resultados de estimados de biomasa, utilizando ecosonda multihaz e intensificandomuestreos (transectos con menor separación o paralelos a la costa) en diferentes periodos del año.

Discriminación de cardúmenes de anchoveta adulta y juvenil, utilizando ecosonda multihaz y/o muestreadores de pecesen las redes de cerco; así mismo, determinar e implementar dispositivos selectores en las redes de cerco que permitanliberar juveniles.

Fortalecimiento de capacidades a profesionales y técnicos de IMARPE, SNP y de la UNFV.

Para cada transmisión de la ecosonda (ping), la data raw incluye la potencia de eco recibido, per (W), fase de losángulos en dos planos ortogonales, α, β (°) (para sistemas Split-beam), y los siguientes ajustes del GPT: frecuencia, f(kHz), potencia de transmisión, pet (W), duración de pulso, τ (s), Go , Sa corr , y el ángulo de haz equivalente en dos vías (dB re 1 sr). Estos datos y ajustes son utilizados para calcular y presentar Sv y la fuerza de blanco, TS (dB re 1 m2):

Donde:r = Rango de la esfera (m),Per = Potencia recibida (dB re 1 W),Pet = Potencia transmitida (W),αa = Coeficiente de absorción (dB m-1) ,g0 = Ganancia en el eje del transductor (sinunidades),g(α, β) = Ganancia del transductor en la dirección delos ángulos α, β (°) (sin dimensiones).

= La longitud de onda (m) ,f = Frecuencia (Hz),Cw = Velocidad del sonido en el agua (ms-1) ,τ = Duración de pulso del transmisor, fuera de los ejes (s), = Ángulo de haz equivalente en dos vías (sr)Sa corr = factor de corrección Sa (dB re 1) .