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(1) 海带森林为具有重要生态、商业和文化价值的物种提供栖息地，但其底栖群落仍难以在不同空间和时间尺度上进行持续一致的监测。科学SCUBA调查能够提供有价值的观测数据，但会受到安全性、水下作业时间、深度以及潜水员能够高效覆盖的空间范围等因素的限制，因此有必要采用互补方法采集标准化底栖影像。 (2) 我们开发并进行了野外测试，建立了一套利用小型模块化遥控水下航行器（ROV）开展底栖视觉成像调查的标准化开源框架。在四种成本可扩展的硬件配置下，我们集成了导航传感器和定制的BlueOS扩展程序，以及我们对ArduSub作出的surftrak贡献。该贡献能够使航行器在海床上方保持固定高度飞行。我们还开发了两款开源桌面应用程序，用于简化野外作业（rov_flight_ops）和影像处理（rov_imagery_processing）。此外，在2022年至2026年期间，我们通过开展303条样带调查（分布于64个调查日），评估了电源、底栖照明、相机设置、野外作业流程以及遥测数据处理流程。 (3) 该ROV能够在软沉积物和岩石生境、流速为0–3节以及水下能见度为0–10 m的条件下运行。在21 h的样带调查过程中，surftrak有96%的时间将ROV保持在距目标高度0.2 m以内，从而形成约1 m²的标准化影像覆盖范围。充足的照明和优化的相机设置使其能够在能见度低于2 m的条件下获取高分辨率影像，而水面供电则提高了续航能力和作业灵活性。通过航行器扩展卡尔曼滤波器融合多普勒速度仪数据与水下声学定位数据，改善了导航性能以及事后样带轨迹重建效果。在2026年的调查中，rov_flight_ops和rov_imagery_processing实现了飞行日志记录、日志获取、故障诊断，以及调查影像的整理、处理和遥测标注自动化。然而，茂密的海带冠层仍然限制了航行器的操作，而朝下拍摄的影像对于隐蔽或被遮挡生物的观测能力有限。 (4) 我们提供了针对不同配置的材料清单、硬件与接线文档、软件和固件清单、相机设置、开源野外作业与影像处理软件、分步式野外作业规程，以及下潜前和下潜后的检查清单，以支持该框架的复制与调整。总体而言，这些资源为扩大标准化底栖成像提供了经过野外验证的起点，同时能够补充潜水员调查，并适用于海带森林及其他浅海沿岸生态系统。
(1) 海带森林为具有重要生态、商业和文化价值的物种提供栖息地，但其底栖群落仍难以在不同空间和时间尺度上进行持续一致的监测。科学水肺潜水（SCUBA）调查能够提供有价值的观测数据，但可能受到安全性、水下作业时间、潜水深度以及潜水员能够高效覆盖的空间范围等因素的限制，因此有必要采用互补方法收集标准化底栖影像。
(2) 我们开发并进行了野外测试，建立了一套基于小型模块化遥控潜水器（ROV）的标准化、开源底栖视觉成像调查框架。在四种可按成本扩展的硬件配置中，我们集成了导航传感器、自定义 BlueOS Extensions，以及我们为 ArduSub 开发的 surftrak 贡献模块；该模块能够使潜水器在海床上方保持固定高度飞行。我们还开发了两款开源桌面应用程序，用于简化野外作业（rov_flight_ops）和影像处理（rov_imagery_processing）。此外，我们在 2022—2026 年间开展的 64 个调查日、共计 303 条样带调查中，对电源系统、底栖照明、相机设置、野外作业规程以及遥测数据处理流程进行了评估。
(3) 该 ROV 可在软沉积物和岩石生境、流速 0—3 节以及水下能见度 0—10 m 的条件下运行。在 21 小时的样带调查中，surftrak 有 96% 的时间将 ROV 保持在距目标高度 0.2 m 的范围内，从而获得约 1 m² 的标准化影像覆盖范围。充足的照明和优化后的相机设置使其能够在能见度低于 2 m 的条件下获取高分辨率影像，而水面供电则提高了续航能力和作业灵活性。通过车辆扩展卡尔曼滤波器融合多普勒测速仪和水下声学定位数据，改进了导航性能以及事后样带轨迹重建。在 2026 年的调查中，rov_flight_ops 和 rov_imagery_processing 实现了飞行日志记录、日志提取、故障诊断，以及调查影像的筛选、处理和遥测标注自动化。然而，茂密的海带冠层仍然限制了潜水器的运行，而朝下拍摄的影像对于隐蔽或被遮挡生物的观测能力有限。
(4) 我们提供了针对不同配置的物料清单、硬件与布线文档、软件和固件清单、相机设置、开源野外作业与影像处理软件、分步骤野外作业规程，以及潜水前和潜水后的检查清单，以支持该框架的复现与调整。总体而言，这些资源为扩展标准化底栖成像提供了经过野外验证的起点，同时能够在海带森林及其他浅海沿岸生态系统中对潜水员调查形成补充。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.30.755529v1?rss=1
🏷️ 遥控水下航行器 底栖生物成像 海带森林生态系统 标准化生态监测 开源水下调查框架 水下导航