Способ инструментального определения наполнения мышечной тканью конечностей промыслового краба

Способ инструментального определения наполнения мышечной тканью конечностей промыслового краба

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к рыбной промышленности и может быть использовано при определении наполнения конечностей крабов мышечной тканью в научных и технологических целях.

Камчатский краб Paralithodes camtschaticus (Tilesius, 1815) - один из самых крупных и распространенных промысловых беспозвоночных. В 60-х годах прошлого века по распоряжению Министерства рыбного хозяйства СССР было произведено переселение данного вида с Дальнего востока в Баренцево море (Беренбойм Б.И. Краткая характеристика работ по вселению камчатского краба в Баренцево море // Камчатский краб в Баренцевом море. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - Мурманск: Изд-во ПИНРО, 2003. - С.5-9).

С 1994 г. в целях изучения нового вида и возможности его использования, в рамках решений сессий Смешанной Российско-Норвежской Комиссии по рыболовству, начал осуществляться ежегодный научно-экспериментальный промысел. В ходе экспериментального промысла в Баренцевом море было отмечено, что в западных частях ареала камчатского краба с 1999 г. значительно, до 25-30%, повысилась доля промысловых самцов, не пригодных для технологической обработки в связи с недостаточным наполнением конечностей мышечной тканью (НКМТ). В предыдущие годы этот показатель не превышал 5-8% (Сенников А.М. Обзор экспериментального промысла камчатского краба в Баренцевом море // Камчатский краб в Баренцевом море. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - Мурманск: Изд-во ПИНРО, 2003. - С.259-291).

По данным наблюдений автора при проведении исследований на М-0224 "Меридиан" и БИ-0648 "Калгалакша" в Варангер-фьорде в осенне-зимний период в 2001, 2002 и 2003 гг. доля промысловых крабов, не пригодных для технологической обработки из-за низкого НКМТ, составляла 50%, 55% и 70% соответственно.

В сентябре 2005 г. на обширных акваториях Восточного Мурмана - в Западном и Восточном Прибрежных районах, а также на Мурманском мелководье, большинство крабов были не пригодны для промышленного использования из-за слабого наполнения конечностей мясом (по оперативным данным промысловых судов-краболовов). Очевидно, что камчатские крабы Баренцева моря претерпевают значительные физиологические изменения, оказывающие влияние на общее состояние популяции и пагубно отражающиеся на качестве краба сырца.

С декабря 2004 г. в прибрежье Мурмана специализированными краболовными судами ведется промышленный лов камчатского краба баренцевоморской популяции. Один из главных критериев отбора животных для переработки - наполнение конечностей мышечной тканью не ниже 80%.

В ситуации снижения НКМТ крабов на обширных промысловых участках Прибрежья Мурмана перед учеными и технологами остро встал вопрос о достоверности определения этого показателя для изучения динамики биологических и биопромысловых характеристик популяции с целью рационального использования имеющихся ресурсов.

В настоящее время определение наполнения конечностей мышечной тканью (далее НКМТ) производят в основном по методике, предложенной западными специалистами: визуально по планшет-картам разрезов меруса (большого членика) средней ходильной конечности крабов на равном удалении от его концов (Борисов В.В, Степаненко В.В, Толкачева В.Ф. Технология обработки камчатского краба Баренцева моря // Камчатский краб в Баренцевом море. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - Мурманск: Изд-во ПИНРО, 2003. - С.299-311).

Способ прост, оперативен, т.к. не требует больших затрат времени, но погрешность при определении НКМТ достаточно велика из-за особенностей зрительного восприятия конкретного человека. Полученные при этом разными специалистами данные могут быть несопоставимы, кроме того, как правило, при наполнении конечностей около 80%, технологи перестраховываются и занижают оценку, при этом большое количество крабов, пригодных для переработки, определяется ими как сырец с заниженным НКМТ, продукция, полученная из крабов, в этом случае переходит в категорию более низкую по стоимости. На промысле чаще всего такие особи отбраковываются и весь улов выпускается в море. В отдельные периоды по причине занижения оценки НКМТ производится длительная приостановка промысла, что влечет за собой значительные убытки.

Возможно определение НКМТ программным методом. Для этого срез меруса (большого членика) средней ходильной конечности краба на равном удалении от его концов фотографируют цифровой фотокамерой в режиме макросъемки. Фотоматериалы срезов мышечной ткани и полости панциря каждого краба векторизируют в одном графическом импортированном файле полигональным способом (фиг.2-с.) в ПП MapViewer4 (или аналоге) с увеличением линейных размеров в 5-10 раз. Наполнение рассчитывают по данным площадей полигонов, вычисленных модулем анализа ПП, как долю площади полигона, соответствующего срезу мышечной ткани от площади полигона, соответствующего срезу полости панциря:

Определенные программным методом значения НКМТ наиболее достоверны и, безусловно, соответствуют реальному наполнению конечностей за счет исключения влияния "человеческого фактора", однако недостатком способа является его трудоемкость, необходимость затрат значительного количества времени и использования компьютерной техники.

Есть сведения, что японские специалисты практикуют определение НКМТ инструментальными методами, но описания таких методик в литературе нам не встречались.

Предлагаемый способ предусматривает разрезание или распиливание меруса (большого членика) средней ходильной конечности краба на равном удалении от его концов с целью получения поперечного среза, измерение высоты и ширины полученных срезов мышечной ткани и полости панциря краба меруса с точностью до 1 мм и определение НКМТ как доли произведения длины и ширины поперечного среза мышечной ткани от произведения длины и ширины поперечного среза полости панциря по формуле:

Х=(a₁×b₁/a₂×b₂)×100%,

где Х - наполнение конечностей мышечной тканью (НКМТ) в %;

a₁ - высота поперечного среза мышечной ткани меруса краба в мм;

b₁ - ширина поперечного среза мышечной ткани меруса краба в мм;

а₂ - высота поперечного среза полости панциря меруса краба в мм;

b₂ - ширина поперечного среза полости панциря меруса краба в мм.

Измерение может быть выполнено любым измерительным инструментом, измеряющим с точностью до 1 мм, например, линейкой или штангенциркулем. Эта процедура осуществляется быстро, не требует специальных навыков у специалистов, получаемые результаты достоверны и сопоставимы, так как влияние "человеческого фактора" исключено.

Расчет наполнения (в %) производится на калькуляторе с использованием простых математических действий: умножения и деления. Измерения четырех линейных размеров и расчет наполнения занимают мало времени и могут быть выполнены оперативно.

Предлагаемый способ позволяет определять НКМТ так же просто, как визуальным методом, получая при этом результаты, достоверность которых не уступает результатам, полученным программным способом.

Пример осуществления способа.

Измерения НКМТ промысловых самцов камчатского краба выполняли в ходе экспериментального и промышленного ловов на судах в Баренцевом море в 2005 г.

Анализу подвергали подлежащих технологической обработке (кондиционных) самцов камчатского краба промыслового размера (с шириной карапакса ≥150 мм).

С целью подтверждения преимуществ и достоверности предлагаемого способа измерения определение НКМТ было проведено одновременно предлагаемым и известными способами (визуальным, программным), причем для проверки корректности определения НКМТ визуальным методом, проведенным технологом, было произведено повторное определение наполнения визуальным методом сотрудником института в качестве независимого эксперта.

К эксперту предъявлялось два основных требования: во-первых, сотрудник не должен был никогда ранее заниматься определением НКМТ (для исключения систематической ошибки, обусловленной привычкой восприятия изображения); во-вторых, не должен был быть ответственным за результаты, полученные при определении наполнения (во избежание занижения показателей вследствие перестраховки).

В период проверки всеми тремя методами НКМТ было определено у 136 промысловых самцов камчатского краба.

Статистическая обработка эмпирических распределений вариант и их числовых характеристик проводилась средствами ПП Excel 2000 и Statistica 6.0, а также с использованием оригинальных формул и статистико-математических таблиц (Ивантер, Коросов, 2003; Ивантер, 1979; Елисеева, Юзбашев, 2004).

Так как наше исследование является предложением нового способа измерения, при проверке статистических гипотез уровень значимости принимался равным 1% (α=0,01).

Программный, инструментальный и визуальный методы обозначены нами в дальнейшем как П-, И- и В-методы, а полученные с их помощью распределения соответственно как П-, И- и В-распределения.

В-распределения разделены на B₁- и В₂-распределения - определение технологом и независимым экспертом соответственно (фиг.2, 3).

Для получения поперечного среза разрез меруса (большого членика) средней ходильной конечности крабов выполняли на равном удалении от его концов.

Одновременно НКМТ определяли по срезам визуальным и предлагаемым инструментальным методами.

При визуальном определении поперечный срез разреза меруса (фиг.1 а) сравнивался специалистами (технологом и экспертом) с общеизвестными планшет-картами и на основании выбора специалиста оценивалось НКМТ в %.

По предлагаемому измерительному способу выполняли измерения длины и ширины поперечных срезов меруса средних ходильных конечностей крабов штангенциркулем с точностью до 1 мм, избегая сжимания мышечной ткани губками инструмента (фиг.1-b).

Далее, на калькуляторе определяли НКМТ крабов "методом прямоугольников" по выведенной эмпирической формуле как долю произведения длины и ширины поперечного среза мышечной ткани от произведения длины и ширины полости панциря по формуле:

где

Х - наполнение конечностей мышечной тканью в %;

a₁ - высота поперечного среза мышечной ткани меруса краба в мм;

b₁ - ширина поперечного среза мышечной ткани меруса краба в мм;

а₂ - высота поперечного среза полости панциря меруса краба в мм;

b₂ - ширина поперечного среза полости панциря меруса краба в мм.

Далее, для контроля точности определения наполнения визуальным и инструментальным методами проводили измерение наполнения программным методом.

С этой целью поперечные срезы меруса фотографировали цифровой фотокамерой CoolPix Nicon 4500 с активной матрицей 4 Megapixels в режиме макросъемки. Фотоматериалы среза мышечной ткани и полости панциря каждого краба векторизировали в одном графическом импортированном файле полигональным способом (фиг.1с.) в ПП MapViewer4 с увеличением линейных размеров в 5-10 раз. Наполнение рассчитывали по данным площадей полигонов, вычисленных модулем анализа ПП, как долю площади полигона, соответствующего срезу мышечной ткани от площади полигона, соответствующего срезу полости панциря:

Определенные программным способом значения НКМТ принимали как соответствующие реальному наполнению, а их ряд - как генеральную совокупность.

Статистической обработке подвергали эмпирические распределения, полученные при определении наполнения конечностей крабов из готовой продукции программным методом, начиная с 50%.

Проверка распределений на нормальность проводилась с использованием критериев Колмогорова-Смирнова и Лиллиефорса. Результатом явилось достаточное согласование эмпирических распределений с нормальным, полученные с использованием П- и И-методов (фиг.2а, 2b), что позволило при статистическом анализе распределений применять параметрические характеристики и критерии. Согласование B₁- и В₂-распределений с нормальным распределением оказалось недоказанным (см. фиг.2с, 2d).

Для определения достоверности оценки наполнения И- и В-методами соответствующие распределения сравнивались с распределением, полученным П-методом (принятым за генеральную совокупность).

Наличие различий между П- и И-распределениями проверялось сравнением средних арифметических (М), стандартных отклонений (σ) и коэффициентов вариации (CV) по критерию Стьюдента (Т_st), а также сравнением дисперсий (критерий F Фишера). В результате анализа выявлено, что различия между распределениями статистически недостоверны (несущественны) с вероятностью в 99% (Р=0,99).

Различие между П- и В-распределениями проверялось сравнением средних арифметических по критерию Т Стьюдента, а также с использованием жесткого непараметрического критерия U Уилкоксона-Манна-Уитни.

Анализ данных показал, что фактическое значение критерия достоверности различий средних Стьюдента Т_ф1=6,36 и Т_ф2=4,32 значительно больше табличного числа T_(0.01,∞)=2,58 и даже Т(_0.001,∞)=3,29 (Т_ф>>Т_st, что указывает на достоверность различий между распределениями с вероятностью более 99,9%.

Различие средних арифметических значений П- и В-распределений прослеживается в большинстве 5%-ых размерных классов наполнения (фиг.3).

Визуальное сравнение средних арифметических значений НКМТ П- и В-распределений не противоречит выводу о достоверности различия между ними.

Сравнение рассчитанного критерия U Уилкоксона-Манна-Уитни с табличными значениями также показывает статистически достоверные различия как между распределениями B₁ и П (Т_ф1>>T_st), так и между распределениями В₂ и П (Т_ф2>Т_st) с вероятностью 99,9%.

Для сравнения двух распределений, полученных B_1- и В₂-методами, также использовалось сравнение средних арифметических по критерию Т Стьюдента и непараметрический критерий U Уилкоксона-Манна-Уитни. Анализ данных показал, что различия между распределениями B₁ и B₂ недостоверны (несущественны) с вероятностью 99%.

Исходя из показателей средних арифметических значений НКМТ и уравнений линейной регрессии (таблица 1, фиг.3), можно сказать, что определение наполнения В-методом занижает реальные показатели на 6-8%.

В случае B₁-распределения это может происходить вследствие перестраховки специалистов-технологов в условиях, когда большая доля промысловых самцов имеет наполнение ниже 80%.

Во втором случае с В₂-распределением перестраховка не может быть причиной, так как эксперт не имел ответственности за завышение результатов определения наполнения по сравнению с фактическими показателями, т.е. имеет место субъективность человека, так называемый "человеческий фактор".

Целесообразно предположить, что и в том, и в другом случае занижение оценки обусловлено зависимостью от субъективного восприятия объекта человеческим глазом.

Обязательным условием правильного расчета среднего арифметического вариационного ряда является количество вариант (произведенных анализов), обеспечивающее репрезентативность конечного результата.

Минимальное необходимое количество измерений рассчитывается как отношение произведений квадратов коэффициента Т Стьюдента (t) и среднеквадратичного отклонения (σ) к квадрату максимальной погрешности точности оценки (Инструкции..., 2001):

где δ - заданная точность оценки средней.

Для получения достоверного результата с точностью 5% наполнения И- и П-методами достаточно проанализировать по 15 экз. краба.

В этом случае, например, получив значение среднего наполнения инструментальным методом, равное 81%, с вероятностью в 95% можно утверждать, что реальное значение находится в пределах от 76% до 86%.

С увеличением точности, предъявляемой к оценке средней, то есть с уменьшением δ, количество закономерно увеличивается. При δ=1% объем выборки очень большой по сравнению с возможностями, имеющимися у наблюдателя, но он и нецелесообразен, так как это значение δ в несколько раз меньше длины 95%-го доверительного интервала. Оптимальной точностью определения НКМТ следует считать 2%≤δ≤5%, так как при δ=1% неоправданно велик объем выборки, а при δ>5% доверительный интервал вычисления среднего превышает 10%-ный размерный класс наполнения, принятый при определении НКМТ визуальным методом. Окончательное решение о размере выборки принимает исследователь или специалист- технолог в зависимости от конкретных условий задачи.

Следует отметить, что вычисленное минимальное количество измерений НКМТ обеспечивает лишь корректное вычисление среднего арифметического полученного ряда с вероятностью 95%, но в случае определения наполнения визуальным методом среднее значение будет занижено по сравнению с реальным наполнением, так как занижены значения наполнения каждого отдельного краба, при этом количество анализов краба, необходимое для корректного вычисления среднего значения НКМТ больше, чем при использовании П- и И-методов.

Результаты сравнительного анализа дают возможность оценить достоинства и недостатки каждого из методов и приемлемость определения НКМТ промысловых самцов камчатского краба П-, И- и В-методами при проведении научно-исследовательских и технологических работ.

Самым простым и быстрым (визуальным) методом получены результаты с заниженным определением НКМТ, при этом ошибка в несколько раз превысила погрешность вычисления среднего значения. В связи с этим результаты определений НКМТ, выполненные в разное время разными специалистами, могут быть несопоставимы. Кроме того, из-за снижения достоверности для вычисления репрезентативного среднего арифметического в этом случае необходимо выполнять анализ большего количества особей краба, чем в случае применения других методов определения.

При выполнении научно-исследовательских работ визуальный способ не может дать достоверной оценки НКМТ, но может использоваться как вспомогательный при определении наполнения другими методами для "сопоставимости" результатов с данными, полученными ранее.

Наиболее точные результаты получены программным методом: значения НКМТ более достоверны и соответствуют реальному наполнению за счет исключения субъективности визуальной оценки. Применение этого метода оправдано только при выполнении научных исследований, требующих максимального соответствия полученных и реальных показателей, из-за его недостаточной оперативности.

Наиболее приемлемым для определения НКМТ при проведении исследовательских и технологических работ можно считать инструментальный способ. Не уступая по точности определения программному методу, он является достаточно простым и быстрым (оперативным) способом анализа.

Так, измерение длины и ширины поперечных срезов мышечной ткани и полости панциря меруса можно производить доступным подручным инструментом - миллиметровой линейкой или штангенциркулем, расчет НКМТ в % - на калькуляторе с использованием простых математических действий: умножения и деления, при этом весь процесс измерения и расчета наполнения практически занимает 1,0-1,5 минуты на одного краба. Результаты определений НКМТ, выполненных различными специалистами, сопоставимы.

Кроме простоты и скорости выполнения, анализ инструментальным способом не требует от специалиста специальных навыков, дает достоверный результат, не требующий обсуждения (например, при анализе партии краба-сырца представителями продавца и покупателя одновременно).

Исходя из отсутствия достоверных различий между результатами, полученными при определении НКМТ программным и инструментальным методами, можно рекомендовать инструментальный метод определения наполнения мышечной тканью конечностей камчатского краба как самостоятельный, точный и оперативный инструмент для определения реального НКМТ при проведении научно-исследовательских и технологических работ.

Применение предлагаемого инструментального метода позволит решить проблему достоверности определения НКМТ камчатских крабов.

При определении НКМТ крабов предлагаемым способом научные сотрудники смогут получить более достоверную информацию при изучении динамики биологических и биопромысловых характеристик популяции, что очень важно для рационального использования имеющихся ресурсов, а технологи - правильно определить стоимость сырца и рассчитать выход готовой продукции из него, при этом будут исключены случаи необоснованной приостановки промысла из-за занижения оценки НКМТ, а также спорные ситуации при определении НКМТ представителями рыбодобывающих компаний и импортерами продукции.

Способ инструментального определения наполнения мышечной тканью конечностей промыслового камчатского краба, предусматривающий получение поперечного среза посредством разреза (распила) меруса (большого членика) средней ходильной конечности краба на равном удалении от его концов, отличающийся тем, что измеряют высоту и ширину полученных поперечных срезов мышечной ткани и полости панциря меруса краба с точностью до мм и определяют наполнение конечностей мышечной тканью (НКМТ) как долю произведения длины и ширины поперечного среза мышечной ткани от произведения длины и ширины полости панциря по формуле:

Х=(a₁·b₁/a₂·b₂)·100%,

где Х - наполнение конечностей мышечной тканью, %;

a₁ - высота поперечного среда мышечной ткани меруса краба, мм;

b₁ - ширина поперечного среза мышечной ткани меруса краба, мм;

a₂ - высота поперечного среза полости панциря меруса краба, мм;

b₂ - ширина поперечного среза полости панциря меруса краба, мм.