纠正位置错误在岸上的经纬仪测量动物在海上

文摘

确定动物的位置在海上可以特别困难,然而,精确的范围和位置的动物在海上是必不可少的回答范围广泛的生物学问题。岸上有经纬仪的方法研究海洋哺乳动物的运动模式和栖息地的使用,提供可靠的位置测量。在这项研究中,我们探索了经纬仪测量的准确性通过比较相同的对象的位置信息使用两个独立的技术:岸上经纬仪站和机载GPS的范围从岸上站25公里。技术开发研究抹香鲸的栖息地的使用(-勒瓦新西兰凯库拉)。我们观察到的位置精度迅速下降,从岸上站的增加。结果表明,水平角的准确确定,但这并不是垂直的角度。我们校准的位置与回归修正以适应海上的对象之间的距离的差异同时记录经纬仪修复和GPS的位置。这种方法显示校准的必要性经纬仪测量对象在海上的已知位置。

1。介绍

知道准确的地理位置对研究动物的空间行为至关重要。准确的位置数据可以回答一个广泛的生物问题相关的运动模式,栖息地的使用,和人类活动的影响(1,2]。

大量的跟踪方法可以使用为了获得动物在海上的位置包括可恢复的数据记录器,卫星标签(3- - - - - -8],声学监测[9- - - - - -12],和船调查[13- - - - - -16]。所有这些方法需要昂贵的设备,和时间来收集数据和观察者可以潜在的干扰的来源17]。因此,动物在海上的地理坐标是理想的决定从岸上使用公证的经纬仪,罗杰·潘恩于1972年首次引入(描述Wursig et al . 1991年)(18]。岸基经纬仪跟踪技术提供一种廉价和nondisturbing替代其他追踪技术。

通过跟踪海上动物从土地、少量的设备是必需的和一个更大的区域可以在更短的时间内监控相比,船基站。经纬仪读数(水平和垂直角度)时可以转化为经度和纬度的经纬仪位置和海拔高度是已知的(18,19]。然而,岸上跟踪只能与动物发生传递足够接近海岸线从岸上站被发现。使用经纬仪跟踪以前的研究都集中在沿海的物种如海豚在离海岸5公里(2,17,20.,21]。岸基跟踪也被用于监控鲸鱼在其迁移,课程通过接近海岸(22- - - - - -29日]或研究人类活动对鲸鱼的影响(30.- - - - - -34]。

一些参数可以影响从经纬仪修正计算位置的准确性,如固有的准确性经纬仪、气象参数(热烟雾或膨胀),观察者的经验。岸上经纬仪的数据的一个主要问题是增加位置误差修正和增加距离。为了提高经纬仪读数的准确性Wursig et al。18)总结了一些必要的元素组织岸基研究。错误在车站高程的计算偏差的计算动物的位置。因此,经纬仪站的高度应大于45 m和高程计算中的错误应该在±10厘米。到目前为止,更好的理解高程的计算一直是专注提高经纬仪精度(18,35]。

之前的船基平台研究评估动物的距离测量精度在海上近距离(0 - 2公里)使用摄像机和双筒望远镜。戈登(36]将摄影测量技术与激光rangefinding望远镜和nondifferential GPS和确定,之间有一个良好的协议范围测量这三种技术。Kinzey和Gerrodette37)确定距离可以测量的准确性从船上使用十字线在望远镜主/公里的范围。他们决定,距离测量的准确性与物体的距离减少海上(37]。关于岸基跟踪,Denardo et al。1)和校准岸上建立技术使用经纬仪测量interanimal间距和摄像机到火车站2公里范围。

在本文中,我们比较相同的对象的位置信息从两个独立的技术:岸上经纬仪站和机载GPS。通过分析不同位置如何从这两种技术与测量对象的距离从岸上站,我们建立一个模型来正确的位置估计从经纬仪测量。本研究的目的主要是描述一个协议时应该使用跟踪动物从岸上站在海上。这个协议将提供轻松正确位置误差引起的可能性等岸基数据。

2。方法

经纬仪精度校正了抹香鲸(-勒瓦在凯库拉)栖息地研究海底峡谷在新西兰。凯库拉海底峡谷的接近海岸的南岛是世界上为数不多的地方发现雄性抹香鲸接近海岸线(38,39),提供跟踪离海岸抹香鲸的机会。岸上站设置在山位于东区的凯库拉半岛(42°25′47岁。1′′年代,173 41°54′。6′′E)(图1)的高度99.88米(海拔米)(方法描述Wursig et al。18])。这个位置提供了一个良好的视角俯瞰研究区域包括凯库拉峡谷和周围的近岸栖息地。

3所示。数据收集

确定经纬仪的准确性,我们需要独立派生和准确的地理位置相同的对象在同一时间记录的岸基经纬仪站。在我们的研究中,两个研究船只操作我们的研究区域内。研究血管之一是6米铝单体船用于行为和声学观测抹香鲸。第二个容器是一个5.5米rigid-hull充气船用于研究海豚(Lagenorhynchus obscurus)。船只都配备了GPS(精度在3米)和船的位置记录每15秒。从岸上,我们收集这些研究血管的位置使用Sokkia Set4000经纬仪(角度测量精度±5^”和测量时间小于0.5秒)。一致性,我们固定船位置通过将经纬仪十字丝在水线的中心容器。我们连接笔记本电脑运行的经纬仪跟踪程序毕达哥拉斯(19]。软件实时经纬仪读数变成GPS坐标修正地球曲率和潮位和存储他们进行分析19]。

4所示。结果

在研究期间我们记录347经纬仪修复血管(表的研究1)。位置记录2公里至26公里的经纬仪站(表1),分布在整个研究区域(图2)。为每个调查船与经纬仪位置记录,我们提取的相关位置记录船只的机载GPS。

我们比较船舶位置基于经纬仪读数与时间相关的职位从容器中提取的机载GPS(图3)。经纬仪和GPS的位置似乎是在同一行从经纬仪车站当从计划查看视图(图4(一))。然而,当从侧面,经纬仪和GPS的位置不同(图4 (b))。我们假设在水平与经纬仪角度记录准确,垂直角度不准确确定。我们研究了这一假说,分别研究水平和垂直角度之间的关系由GPS和经纬仪测量。

比较准确,所有经纬仪补丁和机载GPS位置被转换为一个笛卡尔系统使用该工具在ArcGIS 10.1计算几何。我们也将经纬仪站为中心的地理坐标经纬仪站的位置。为了计算一个角度对一个给定的位置,我们利用这一事实,我们知道垂直距离的长度(纬度转换到笛卡尔系统)和水平距离(经度转换到笛卡尔系统)到这个位置。

水平角研究船位置(GPS)或(TH)可以计算使用经纬仪位置关系:棕褐色=/,棕褐色=/。

垂直的角度()研究船位置(GPS)或经纬仪位置(TH)可以计算使用位置(使用距离的关系)和经纬仪站的高度():棕褐色== (/因为)/,棕褐色== (/因为)/。

距离的误差(Δ)是由减去距离记录从GPS的位置()和经纬仪的距离记录(): 然后我们决定物体的距离。正如所料,经纬仪和车载GPS位置之间显著不同(曼惠特尼测试中,)。而非常准确地解析与经纬仪(曼惠特尼测试、ns)不是(曼惠特尼测试中,)。

因为平台的距离可以影响经纬仪读数的准确性,我们检查了离海岸距离之间的关系,同时记录经纬仪之间的距离误差修正和GPS位置(图5)。我们测试了几个模型来确定最佳拟合模型,我们使用了Akaike信息准则(AIC)选择最好的模型。的二次模型形式安装最好的(表的数据2),我们绘制可视化的最佳曲线拟合(图5)。

最好的模型()是用于纠正经纬仪修复基于经纬仪站的距离。应用这种修正数据后,经纬仪的对顶角修复没有不同于GPS位置(曼惠特尼测试,ns)。校准后,经纬仪位置没有不同于GPS的位置(图6惠特尼,曼测试,ns)。

错误的纠正位置显示正态分布距离表明没有证据表明总体偏差距离校正后(图7)。

5。影响这个错误是什么?

一些参数可以影响经纬仪位置的准确性,如观察者的经验,船的大小,不正确的校准,不精确的测量经纬仪海拔高度(海浪、膨胀和潮汐估计)和折射(36,37]。

我们照亮一个错误的可能性来自于一个不精确的测量岸上站的高度。为了避免这样的错误,我们确定的高度经纬仪两次站在我们的研究。我们也检查了经纬仪的高度白天目镜来确保它没有变化。确定可能影响观察者的经纬仪修复,我们分别建模误差随着距离的根据。在2010年期间,通过和不同的人收集了数据收集的数据来自2011年代中期和2012年收集的完全相同的观察者。通过对比误差在年度数据集的距离一般距离误差对整个数据集可以评估是否有经验的和没有经验的观察者经纬仪的精度修复的影响。我们假设一个观察者偏见的存在将被更好的经纬仪精度修复对野外工作结束。然而,没有显著差异或纠正使用经纬仪修复纠正了年完整的数据库(曼惠特尼测试,ns)。我们也比较了距离误差数据收集来自同一观察者的距离误差在整个数据集也没有显著差异(曼惠特尼测试,ns)。这些分析后,我们决定,在我们的研究中,观察者没有显著影响经纬仪的精度修复。

然后我们看了可能被跟踪对象的大小的影响。分析表明,没有明显的影响,船的大小在修复精度(曼惠特尼测试,ns)。因此,无论是观察者的经验还是对象大小影响经纬仪位置的准确性。

因为数据收集从岸上站,它是不可能获得准确值膨胀高度和波弗特海的状态。数据收集只在有利的天气条件,限制膨胀的影响和波弗特海国家研究血管/抹香鲸检测。因此,它不太可能,这些条件的影响我们的结果。

错误的可能性定位水线上的经纬仪十字丝的一个因素导致高估岸上站的距离。因为对象的大小会减少距离,它变得越来越困难的观察者建立对象水线的位置。此外,经纬仪十字丝的大小保持不变,掩盖遥远,因此小对象,很难准确定位水线。因此误差可能来自观察者精确定位的困难经纬仪十字丝的水线,随着距离的增加会导致一个错误。

6。讨论

本研究提出的精度确定物体的位置在海上使用公证经纬仪从岸上站距离25公里范围。我们的结果表明,该模型能够成功正确的位置提供岸基经纬仪测量误差在海上的动物。

本研究旨在关注对象的特殊性发现岸上站的距离。的准确性和精度确定对象的距离在海上一直先前研究8公里范围从岸边1,36,37]。研究为海洋哺乳动物使用一个测量员经纬仪跟踪避免收集数据远距离的距离估计误差的可能性。这些研究有限的数据收集到一个临界距离经纬仪站,以确保一致的数据(1,26,27,40]。通过已知的GPS位置在整个研究区域我们显著提高经纬仪测量,这允许我们收集数据的限制,视觉能力。本文提供的方法可以很容易地用于其他地方为了准确地调查一个更大的研究领域从岸上站。

经纬仪估计已被证明是有偏见的观察者的经验。我们的结果表明,这个因素没有显著影响的错误。我们的观察员被训练在田野调查和一个主要的观察员负责大部分的经纬仪的数据收集。

先前的研究发现,膨胀和波弗特海状态是重要的因素影响距离估计的准确性目击的海洋哺乳动物37,41]。在我们的例子中,它是不可能访问数据库提供的信息膨胀和波弗特海的状态。今年我们看效果,它不是统计学意义在我们的模型中,这表明天气因素不能解释偏差的高估经纬仪测量。

折射的影响并没有直接在我们的测试研究。光并非沿直线;当光线穿过地球大气层,它折射。“海市蜃楼”和其他事件折射的光线弯曲的结果地球大气层。测距研究折射的影响将导致一个角误差和远处的物体的距离估计将严重影响。几项研究综合修正为调查使用折射望远镜和摄像机36,37,42)基于空气温度和压力测量每日在数据收集。如果测量范围不纠正折射改正,距离将负面的偏见。在我们的结果中,错误随着距离增加,拒绝折射造成的影响的可能性。此外,通过定期收集对象的位置在已知范围实地考察所有的参数影响的误差是可以纠正的。

光学错误可以经纬仪精度的一个重要因素,可以影响这一事实经纬仪单眼范围的范围是由一个目镜。因此,很难看到对象由于减少的视野,增加光学误差的可能性。视差时也考虑定位经纬仪十字。这个错误是由于眼睛的位置的改变将改变的点目标范围。如果视差是重要影响垂直和水平角和应该观察员和天之间的不同。然而,在我们的研究中我们确定水平角度准确地由经纬仪。

最后,更可能的错误来自于十字定位错误。本研究表明,观察者能够准确地确定对象的一般位置,用一个精确的描述水平角,但似乎是困难的是建立准确的垂直角度,会见了水线位置的对象。随着距离的对象变得较小,这是更难观察者定义水线。此外,大尺寸的经纬仪十字丝很难在小物体位置。总之,随着距离增加,观察家们倾向于把经纬仪十字丝在水线上的对象,而不是创建一个定位十字丝的偏见。定位对象而不是水线上的十字会高估的距离,可能会导致积极的偏见,我们观察到的距离估计。

在我们的研究是不可能有恒定的对象在不同的距离我们的研究区域内发现和收集机会船位置是唯一的方法来估计位置错误。因此,协议我们建议可以改善通过使用对象位置不变,如浮标。困难将整个研究区域有足够的这样的对象。

7所示。结论

本研究显示校准经纬仪测量当跟踪动物的必要性。已知的GPS定位研究区域内的对象应该在所有使用经纬仪研究以纠正这个错误的距离。这种技术最重要的应用之一是其潜在改善生境与丰度研究使用岸上站视觉检测的极限。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

设备部门提供的保护,新西兰。作者感谢达拉奥巴赫和曼努埃尔·c·费尔南德斯机载GPS的数据提供。他们感激许多志愿者,给他们时间这个项目。最后,他们还要感谢凯西沃尔特从国家水和大气研究所(羽)提供数据趋势水平。

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