音響タグ

音響タグは音響送信機とも呼ばれ、湖、川、支流、河口、海などの水生生態系に生息する生物の検出や遠隔追跡を可能にする小型の音波発生装置です。音響タグは一般的に、音響受信機と呼ばれるデータロギングコンピュータに情報を送信することで、魚の行動や動きを監視するために使用されます。音響タグにより、研究者は音響テレメトリを通じてタグを取り付けた魚の位置データを取得できます。タグと受信機のアレイ構成に応じて、研究者は単純な存在/不在データ、2D 位置データ、さらには 3D の魚の軌跡をサブメートルの解像度でリアルタイムに受信できます。

音響タグは次のような用途に使用されています。

サンプリング

音響タグは、音響パルスまたは「ピン」と呼ばれる信号を送信し、タグを付けた生物の位置情報を水中聴音機受信機に送信します。受信した音響周波数を事前に設定された固有の信号コードに結び付けることで、タグを付けた生物を個体レベルで識別できます。送信された信号は、タグのモデルと環境条件に応じて、最大1 km（淡水の場合）まで伝播します。[ 13 ]受信機は、研究者が能動的に保持する（「アクティブトラッキング」）か、特定の場所に固定する（「パッシブトラッキング」）ことができます。[ 14 ]受信機をアレイ状に配置することで、数キロメートル離れたタグを付けた個体の三角測量が可能になります。

タグ

さまざまな音響タグのサイズの例

音響タグは、研究対象となる生物や研究環境に応じて、様々な形状やサイズで製造されています。音響タグの電池寿命はサイズによって異なり、大型のタグでは4年以上持続するものもあります。[ 15 ] [ 16 ]周波数や変調方式などの音響パラメータは、最適な検出能力と信号レベルを考慮して選択されます。海洋環境では100kHz未満の周波数が使用されることが多く、河川や湖沼での研究では数百キロヘルツの周波数が一般的です。

典型的な音響タグは、圧電セラミックトランスデューサー、駆動/タイミング電子機器、および電池電源で構成されています。円筒形または「チューブ」型のトランスデューサーがよく使用され、構造の内壁と外壁に金属化が施されています。通常の動作では、駆動/タイミング電子機器によって生成された交流 (AC) 電気信号が、2 つの金属化層に印加されます。この電圧によって材料に応力が生じ、トランスデューサーから音響信号「ピング」が発せられ、チューブの表面から外側に放射されます。音響「ピング」は専用の受信機で検出され、高度な信号処理技術を使用して処理され、受信エリアに泳いでくる魚が特定の音響タグを持っているかどうかを判断します。

音響タグは、無線タグや受動誘導トランスポンダー(PIT) タグなどの他の種類のデバイスとは異なり、海水でも淡水でも動作し (例: 無線タグや PIT タグは海水中ではあまり機能しません)、特定の経路で魚を誘導することに依存しません (例: PIT タグでは、制限された感知領域を魚が通過する必要があります)。

生物にタグを取り付けるには、いくつかの異なる方法が用いられます。魚類では、タグは腹腔内に外科的に埋め込まれることがよくあります。[ 17 ] [ 18 ]外科的埋め込みは一般的にタグの保持率が高いため、頻繁に使用されます。[ 19 ] [ 20 ] TENSユニットによる電気的固定や、オイゲノールなどの化合物による化学的固定は、手術中の魚類の動きを制限するために一般的に使用されます。[ 21 ]場合によっては、タグを食道に押し込むことで胃内に埋め込まれます。[ 22 ]音響タグは、追加のブレースやタグタイプを使用して外部に取り付けることもできます。[ 23 ] [ 24 ]

受信機

魚バイパス取水口を通過するサケ科魚類の幼魚のイラスト。
魚バイパス取水口に向かって移動する魚を示す音響タグ追跡ソフトウェア画面（側面図）。

各ハイドロフォンへの音の到達時間を測定することで、魚の3次元位置を計算できます。ハイドロフォン受信機は音信号を拾い、データに変換します。研究者はこれを用いて、タグの位置を3次元でリアルタイムにプロットします。MarkTagsなどの後処理ソフトウェアを使用することで、このデータから3Dトラックが生成されます 。

アプリケーション

淡水

河川

現在、音響タグは水力発電ダムの分水路や誘導構造物に接近する魚類の監視に最も一般的に使用されています。これにより、水力発電ダム施設、公益事業地区、および自治体は、魚類（主にサケのスモルト）の特定の回遊経路を評価し、魚類の死亡発生場所を特定し、水力学的条件やその他の環境パラメータとの関係で魚類の行動を評価することができます。[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]最終的に、バイパスの有効性を向上させ、魚類の個体群を保護するために機能する音響タグ追跡システムは、回遊するサケの個体群の保全における大きな進歩です。

音響タグは、連邦エネルギー規制および監督委員会（ FERC、Wayback Machineで2020年6月15日にアーカイブ）で定められた漁業規制を公益事業機関、民間企業、州および連邦機関が遵守できるよう支援するために採用されてきました。

湖

ローレンシャン五大湖では、五大湖音響テレメトリー観測システム（ GLATOS ）による研究を通じて、音響テレメトリーが様々な漁業研究と管理上の問題に対処してきました。[ 28 ]レイクトラウトとウォールアイの産卵場所の忠実度の推定が行われています。[ 10 ] [ 29 ]

音響テレメトリーは、ユダフィッシュ（タグを付けた魚で、他の魚の位置や行動を「裏切る」ために使われる）の使用を通じて、外来種の管理に役立てられてきました。 [ 30 ]音響タグは五大湖のウミヤツメウナギに使用され、トラップの物理的除去効果を判断し、潜在的な産卵場所を特定しました。 [ 31 ] [ 32 ]また、北米全域のコイにも、将来の採取と除去のために季節的な集団を特定するために使用されました。 [ 30 ] [ 33 ]

貯水池

海

沿岸生態系

オフショアエコシステム

制限事項

研究および管理ツールとして非常に価値があるが、音響タグにはいくつかの制限がある。まず第一に、音響テレメトリに必要な機器（タグ、受信機、受信機の交換用バッテリー、受信機の取り付けおよび展開資材など）は、特に無線テレメトリなどの他の技術と比較して、コストがかかりすぎる可能性がある。たとえば、音響受信機は1台あたり2,000ドル以上かかることがあるが、タグはモデルによって1台あたり200～1,000ドルの範囲である。さらに、音響タグの検出範囲は、生息地の種類、タグのサイズ、および環境条件によって変化する。[ 34 ] [ 35 ]検出の変動または検出確率の低さは、最終的にデータから得られる結論に影響を与える可能性があるため、範囲テストで考慮に入れることが重要である。[ 36 ]音響テレメトリを実装する前に、プロジェクトの規模と期間を考慮する必要がある。

参照

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