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Acoustic seabed classification: improved statistical method

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Abstract:

Huge amounts of money will be spent by industrialized nations during the next decades to obtain detailed maps of continental shelf seabeds. These maps, which will allow a more rational exploitation of the sea floor, are needed to assess the impact of anthropic activities. The statistical method of analysis of echosounder backscatter data described in this paper presents several improvements over existing techniques. The steps are as follows. (i) The backscatter data are decomposed mathematically into a number of quantitative variables, which are subjected to principal component analysis (PCA). (ii) Principal components representing 95–99% of the variation are used in a K-means partitioning procedure. A statistical criterion indicates what the number of groups is that best reflects the variability of the data. (iii) The groups are then plotted on maps of the survey area. Insofar as the mathematical decomposition produces variables that reflect the variations of the physical nature and composition of the seabed, the classes of the partition will correspond to different seabed types. Free software (The Q Package) implementing this method is available at http://www.fas.umontreal.ca/biol/legendre/.

Au cours des prochaines décennies, des sommes considérables seront consacrées par les nations industrialisées à la cartographie détaillée des plateaux continentaux. Ces cartes, qui permettront une exploitation plus rationnelle des fonds marins, sont nécessaires pour évaluer l'impacts des activités anthropiques sur ces mêmes fonds. La méthode statistique d'analyse de l'onde réfléchie secondaire des sonars décrite dans cet article propose plusieurs améliorations par rapport aux méthodes actuellement sur le marché. Les étapes sont les suivantes : (i) l'onde réfléchie secondaire du sonar est décomposée en une série de variables quantitatives qui sont soumises à l'analyse en composantes principales (ACP). (ii) Les composantes principales représentant de 95 à 99% de la variance sont utilisées pour obtenir une partition des points de sondage en groupes. Un critère statistique permet de déterminer quel est le nombre optimal de groupes pour rendre compte de la variabilité des données. (iii) La classification est reportée sur une carte de la région à l'étude. Si la décomposition mathématique de l'onde réfléchie secondaire produit des variables qui reflètent les variations de la nature et de la composition physique du fond, les classes de la partition correspondront à différents types de fond. Un programme d'ordinateur (The Q Package) est gratuitement à la disposition des utilisateurs à l'adresse http://www.fas.umontreal.ca/biol/legendre/.

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2002

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  • Published continuously since 1901 (under various titles), this monthly journal is the primary publishing vehicle for the multidisciplinary field of aquatic sciences. It publishes perspectives (syntheses, critiques, and re-evaluations), discussions (comments and replies), articles, and rapid communications, relating to current research on cells, organisms, populations, ecosystems, or processes that affect aquatic systems. The journal seeks to amplify, modify, question, or redirect accumulated knowledge in the field of fisheries and aquatic science. Occasional supplements are dedicated to single topics or to proceedings of international symposia.
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nrc/cjfas/2002/00000059/00000007/art00001
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