Measurements of acoustic backscatter and density of captive Atlantic cod with

synchronized 300-kHz multibeam and 120-kHz split-beam echosounders

300-kHZ多波束及 120-kHZ分割波束漁探機對於大西洋鱈之聲學反射及魚群密度量測

Gurshin, C. W. D., Jech, J. M., Howell, W. H., Weber, T. C., and Mayer, L. A. 2009.

ICES Journal of Marine Science, 66: 1303–1309.

981專題討論

Speaker : 黃星翰

Fishery Echosounder

TS ： target-strength （ dB）

sA ： nautical area scattering coefficient （ m2 ／ m2）

Sv ： volume backscattering strength （ dB）

IntroductionIntroductionAcoustic vs. trawl surveyAcoustic vs. trawl surveyEchosounder seriesEchosounder seriesMultibeam echosounderMultibeam echosounder

Materials and methodsMaterials and methodsSample processingSample processingExperimentExperimentData analysisData analysis

ResultsResultsEK60 vs. EM3002EK60 vs. EM3002

DiscussionDiscussionResultsResults

Introduction

Fishery-acousticFishery-acoustic vs. Traditional trawl survey vs. Traditional trawl survey

•Fish density

•Biomass

•Spatial distribution

•Behaviour

Multibeam echosoundersMultibeam echosounders

ObjectiveObjective

Fewer application for demersal species

Not widely developed in the United States

Comparing split-beam and multibeam

Materials and methods

Atlantic codAtlantic cod

http://www.fishbase.org/Summary/SpeciesSummary.php?id=69

Sample processingSample processing

ApparatusApparatusSimrad EK60 120kHz splitbeam echosounder

Kongsberg EM3002 300kHz multibeam echosounder

7° Beam width 130°

23 mm copper Standar sphere 38.1 mm tungsten-carbid

8 － 10 m Calibrate depth 8 － 10 m

Experimental setup

Data analysisData analysis

Post-processing software ： Echoview and Matlab

Statistical analysing software ： SAS and R

AWC ＝ EL － SL － 10 log10(ΩTXΩRX) ＋ 2αR ＋ 30 log10R＋ＣSv ＝ AWC － ( X － 20)10 log10(R) － 10 log10(cτ/2)

EL ： echo levelSL ： source levelα ： attenuation coefficientΩTX ： transmitting beam width

ΩRX ： receiving beam widthR ： range from the transducerC ： calibration gain

Sv ： volume-backscattering strength （ dB）X ： collection of Awc

c ： sound speed （ ms － 1）τ ： pulse duration （ s）

Sv for the EM3002

64dB dynamic range

Threshold ：－ 36dB

Cod ： 128

Cod ： 23Cod ： 66

Cod ： 116

Sv for the EK60Threshold ：－ 30dB

Cod ： 128

Cod ： 66

Results

14dB

Date 25 June 26 June 27 June 27 June 28 June

Depth （ m） 6.5 7.2 8.0 11.0 8.8

LT （ cm） 80.7 81.1 82.1 82.1 82.9

n 128 116 66 66 23

Percentage 100 91 52 52 18

Total pings 1500 7140 1680 1800 5940

300kHz EM3002Sv （ dB ；95 ％ CI）

－ 29.8（－ 30.3, －

29.3）

－ 31.7（－ 31.9, －

31.5）

－ 28.4（－ 28.7, －

28.2）

－ 29.1（－ 29.4, － 28.

8）

－ 39.7（－ 40.3, － 39.

1）

300kHz EM3002Percentage

100 65 138 117 10

120kHz EK60Sv （ dB ；95 ％ CI）

－ 29.4（－ 30.0, －

28.8）

－ 26.5（－ 26.9, －

26.2）

－ 23.6（－ 24.2, －

23.1）

－ 26.4（－ 26.9, － 25.

8）

－ 38.8（－ 40.0, － 37.

8）

120kHz EK60Percentage

100 195 380 200 11

TSa － 26.9 － 26.8 － 26.7 － 26.7 － 26.6

Expectedb Sv at 120kHz

－ 25.7 － 26.1 － 28.4 － 28.4 － 32.9

TSa ＝ 20 log (LT) － 65 (Rose and Porter, 1996) at 120kHz, where LT is the total length (cm).bSv ＝ TS ＋ 10 log (N/V) , where N is the number of cod in the sampled volume V.

6 dB7 dB

Discussion

SSvv

1. Random and homogeneous distribution of target

2. Constant fish orientations(assuming linearity in echo-

integration)

SensitivitySensitivity

high low

ImprovementImprovementLimitation 64 dB dynamic range Split-beams detection in the athwartships direction only Nearfield range of ~7m

Simrad ME70Adjustable beam width （ 2.2 - 20°）Split-beam operating at multiple frequencies

Calibration of all beams Single-target detections TS estimations Quantification of the effect of different incidence angle and

overlapping beams on volume-backscatter measurements

Thanks for your attention