Mapping seabed assemblages using comparative top-down and bottom-up classification approaches

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Abstract:

Acoustic technologies yield many benefits for mapping the physical structure of seabed environments but are not ideally suited to classifying associated biological assemblages. We tested this assumption using benthic infauna data collected off the south coast of England by applying top-down (supervised) and bottom-up (unsupervised) classification approaches. The top-down approach was based on an a priori acoustic classification of the seabed followed by characterization of the acoustic regions using ground-truth biological samples. By contrast, measures of similarity between the ground-truth infaunal community data formed the basis of the bottom-up approach to assemblage classification. For both approaches, individual assemblages were mapped by first computing Bayesian conditional probabilities for ground-truth stations to estimate the probability of each station belonging to an assemblage. Assemblage distributions were then interpolated over a regular grid and characterized using an indicator value index. While the two methods of classification yielded assemblages and output maps that were broadly comparable, the bottom-up approach arrived at a slightly better defined set of biological assemblages. This suggests that acoustically derived seabed data are not ideally suited to class ifying biological assemblages over unconsolidated sediments, despite offering considerable advantages in providing rapid and low-cost assessments of seabed physical structure.

Les technologies acoustiques sont très utiles pour faire la cartographie de la structure physique des environnements des fonds marins, mais ce ne sont pas des méthodes idéales pour classifier les peuplements biologiques associés. Nous testons cette présupposition à l'aide de données sur l'endofaune benthique récoltées au large de la côte méridionale de l'Angleterre en leur appliquant des méthodes de classification descendantes (supervisées) et ascendantes (non supervisées). La méthode descendante est basée sur une classification acoustique a priori du fond marin suivie d'une caractérisation des régions acoustiques à l'aide d'échantillons biologiques réels récoltés sur place. En revanche, les mesures de similarité entre les données réelles de la communauté endofaunique servent de base à la méthode ascendante de classification des peuplements. Dans les deux méthodes, la cartographie des peuplements individuels implique d'abord le calcul des probabilités bayésiennes conditionnelles pour les stations réelles afin d'estimer la probabilité de chaque station d'appartenir à un peuplement. Nous interpolons ensuite la répartition des peuplements sur une grille régulière et les caractérisons à l'aide d'un indice de valeur indicatrice. Bien que les deux méthodes de classification produisent des peuplements et des cartes de distribution qui sont en gros comparables, la méthode ascendante fournit un ensemble de peuplements biologiques définis avec plus de précision. Ces résultats indiquent que des données acoustiques sur les fonds marins ne sont totalement appropriées pour faire une classification des peuplements biologiques sur des sédiments non consolidés, même si elles présentent des avantages considérables pour une évaluation rapide et peu coûteuse de la structure physique des fonds marins.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2006

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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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