Акустические метки — это небольшие звукоизлучающие устройства, которые позволяют обнаруживать и/или дистанционно отслеживать организмы в водных экосистемах. Акустические метки обычно используются для мониторинга поведения рыб. Исследования могут проводиться в озерах , реках , притоках , эстуариях или в море . Технология акустических меток позволяет исследователям получать данные о местоположении помеченной рыбы: в зависимости от конфигураций метки и приемника исследователи могут получать простые данные о присутствии/отсутствии, двухмерные позиционные данные или даже трехмерные траектории рыб в режиме реального времени с субметровым разрешением.
Акустические метки позволяют исследователям:
Акустические метки передают сигнал, состоящий из акустических импульсов или «пингов», который отправляет информацию о местоположении помеченного организма на приемник гидрофона . Привязывая полученную акустическую сигнатуру к известному типу запрограммированного кода сигнала, идентифицируется конкретная помеченная особь. Переданный сигнал может распространяться на расстояние до 1 км (в пресной воде) [ требуется цитата ] . Приемники могут активно удерживаться исследователем («Активное отслеживание») или прикрепляться к определенным местам («Пассивное отслеживание»). [1] Массивы приемников могут позволить триангуляцию помеченных особей на многие километры. Акустические метки могут иметь очень длительный срок службы батареи — некоторые метки служат до четырех лет [ требуется цитата ] .
Акустические метки производятся во многих различных формах и размерах в зависимости от типа изучаемого вида или типа среды, в которой проводится исследование. Параметры звука, такие как частота и метод модуляции, выбираются для оптимальной обнаруживаемости и уровня сигнала. Для океанической среды часто используются частоты менее 100 кГц [ нужна цитата ] , в то время как частоты в несколько сотен килогерц более распространены для исследований в реках и озерах [ нужна цитата ] .
Типичная акустическая метка состоит из пьезокерамического преобразователя , приводной/синхронизирующей электроники и источника питания от батареи [ требуется ссылка ] . Часто используются цилиндрические или «трубчатые» преобразователи, имеющие металлизацию на внутренних и внешних стенках конструкции. При нормальной работе электрический сигнал переменного тока (AC), генерируемый приводной/синхронизирующей электроникой, подается через два слоя металлизации. Это напряжение создает напряжение в материале, которое, в свою очередь, заставляет преобразователь издавать акустический сигнал или «пинг», который исходит наружу от поверхности трубки. Акустический «пинг» может быть обнаружен специализированными приемниками и обработан с использованием передовых методов обработки сигнала, чтобы определить, несет ли рыба, заплывающая в зону приема, определенную акустическую метку.
Акустические метки отличаются от других типов устройств, таких как радиометки или пассивные индуктивные транспондерные (PIT) метки, тем, что они могут работать как в соленой, так и в пресной воде (РЧ- и PIT-метки плохо работают в соленой воде) и не зависят от направления рыбы по определенному пути (PIT-метки требуют, чтобы рыба проходила через ограниченную зону обнаружения).
Для прикрепления метки к организму используется несколько различных методов. У рыб метки часто внедряются в особь путем проделывания небольшого надреза в брюшной полости рыбы (хирургическая имплантация) или опускания пищевода для внедрения акустической метки в желудок (гастральная имплантация) [ требуется цитата ] . Внешнее прикрепление с использованием клеевых составов обычно не используется для рыб, поскольку жидкости чешуи не позволяют успешно прикрепиться к ткани чешуи. У других организмов метки прикрепляются с помощью прочных клеев [ требуется цитата ] .
Определив время прибытия звука на каждый гидрофон, можно рассчитать трехмерное положение рыбы. Приемник гидрофона улавливает звуковой сигнал и преобразует его в данные , которые исследователи используют для построения графика результирующих положений меток в трех измерениях в режиме реального времени. [2] Используя программное обеспечение для постобработки, такое как MarkTags , берет эти данные и выдает результат — трехмерный трек.
В настоящее время акустические метки чаще всего используются для мониторинга рыб, приближающихся к отводным и направляющим сооружениям на плотинах гидроэлектростанций. Это позволяет гидроэнергетическим плотинам, коммунальным округам и муниципалитетам оценивать конкретные пути миграции, используемые рыбой (чаще всего лососевыми смолтами), определять, где происходит гибель рыб , и оценивать поведение рыб в зависимости от гидродинамических условий и/или любых других параметров окружающей среды. В конечном счете, работая над повышением эффективности обхода и защитой популяций рыб, системы отслеживания акустических меток являются значительным прорывом в сохранении мигрирующих популяций лосося. Пример систем отслеживания акустических меток, работающих на реке Колумбия , см. в последней заявке округа Грант или последней заявке округа Челан.
Акустические метки используются для того, чтобы помочь коммунальным службам, частным фирмам, а также государственным и федеральным агентствам соблюдать правила рыболовства, определенные Федеральным законом о регулировании и надзоре в сфере энергетики (FERC).