Understanding the abundance and distribution of fish in tidal energy streams is important to assess risks presented by introducing tidal energy devices to the habitat. However tidal current flows suitable for tidal energy are often highly turbulent, complicating the interpretation of echosounder data. The portion of the water column contaminated by returns from entrained air must be excluded from data used for biological analyses. Application of a single conventional algorithm to identify the depth-of-penetration of entrained air is insufficient for a boundary that is discontinuous, depth-dynamic, porous, and varies with tidal flow speed. Using a case study at a tidal energy demonstration site in the Bay of Fundy, we describe the development and application of a deep machine learning model with a U-Net based architecture. Our model, Echofilter, was highly responsive to the dynamic range of turbulence conditions and sensitive to the fine-scale nuances in the boundary position, producing an entrained-air boundary line with an average error of 0.33m on mobile downfacing and 0.5-1.0m on stationary upfacing data, less than half that of existing algorithmic solutions. The model's overall annotations had a high level of agreement with the human segmentation, with an intersection-over-union score of 99% for mobile downfacing recordings and 92-95% for stationary upfacing recordings. This resulted in a 50% reduction in the time required for manual edits when compared to the time required to manually edit the line placement produced by the currently available algorithms. Because of the improved initial automated placement, the implementation of the models permits an increase in the standardization and repeatability of line placement.


翻译:了解潮汐能源流中鱼类的丰度和分布对于评估向生境引进潮汐能源装置所带来的风险十分重要。尽管适合潮汐能源的潮汐流流动往往高度动荡,使回声波数据的解释复杂化。受空气回收污染的水柱部分必须排除在生物分析所使用的数据之外。应用单一常规算法来确定受精空气的深度穿透度,对于一个不连续、深度动态、多孔和与潮汐流速度不同的边界来说是不够的。在Fundy湾潮汐能源示范点进行案例研究时,我们描述了一个基于U-Net结构的深层机能学习模型的开发和应用。我们的模型“回声过滤器”对动态的动荡情况反应很大,对边界位置的细微细的细微细细细微的细细细细微差别敏感。 使用单一常规算法来确定受精空气污染空气的深度穿透度,对于不连续、深度动力、低潮流变化速度、低潮流速度和低潮流数据而言,比现有的算式解决办法的一半还要多。模型总描述有高度的机器学习模式,在50比水平上与可移动路段进行50分记录,这需要记录。

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