摘要
近海水产养殖业的健康发展，对稳定和促进沿海地区经济发展有重要作用。科学、高效地进行近海水产养殖区监测具有十分重要的研究意义和应用价值。随着卫星遥感技术的发展，其数据具有低成本、高时效的特点，为近海养殖区监测提供了一种新型智能化的技术手段，可以高效率、低成本地实现对水产养殖区的精确提取、精准监控。因此，本文以辽宁省海王九岛典型水产养殖区为例，针对现有近海水产养殖区监测方法的局限性，综合利用遥感与实测数据，开展了基于哨兵2号影像的水产养殖区信息提取、水产品产量与养殖污染负荷量评估、水环境质量综合评价这三个方面的研究工作。主要研究内容如下： （1）基于哨兵2号卫星遥感影像，针对近海养殖区小样本、多维度和水体组分复杂等特点，本文提出了一种光谱和空间信息结合的养殖区提取算法。该算法首先对研究区影像进行指数计算以增强养殖区目标的特征表达能力；然后利用支持向量机模型（SupportVectorMachine，SVM）进行光谱信息的初分类；最后结合马尔科夫随机场模型（MarkovRandomField，MRF）对初分类结果进行后处理，综合利用谱空信息实现近海养殖区的精准提取。在海王九岛研究区取得了94.46%的整体分类精度，相较于仅利用光谱信息和纹理特征增强的方法，各类养殖区的提取精度均有明显提升，提取结果中海水与浮筏的混分现象也得到了有效改善。 （2）通过谱空综合提取算法对海王九岛2019-2021年水产养殖区进行提取，并对各类水产养殖区面积进行统计分析。结合遥感手段提取的养殖区面积和实地调查获取的研究区养殖品种、养殖密度等信息，对海王九岛研究区2021年各类水产品养殖产量进行估算。结果表明，研究区贝类产量约33475.67吨，河豚鱼产量约858.00吨，海参产量约293.62吨。在此基础上，本文采用产污系数法，结合相关文献资料，实现了海王九岛近岸海域污染负荷的定量估算。2021年贝类养殖共产生总氮421.860吨，总磷131.794吨；河豚鱼养殖总氮、总磷产生量分别为64.882吨和5.040吨；海参养殖总氮、总磷产生量分别为1.455吨和0.034吨。由此可知，水产品养殖过程中会向海洋环境中排放大量的氮、磷等元素，对海洋环境造成的影响不容忽视。 （3）基于实测调查获取的研究区水质参数，本文采用单因子指数法、综合污染指数法和主成分分析法对研究区29个监测站位的水质进行评价，并利用有限体积海洋海岸模型（Finite-VolumeCoastalOceanModel，FVCOM）对研究区水动力条件进行模拟，结合养殖区的空间分布以及该海域的水动力条件对研究区水环境质量进行综合分析。研究结果显示，水产养殖活动对该海域水质状况造成显著影响，但该海域涨落潮具有明显的规律性，水流交换能力强。因此整体上看，海王九岛水质状况仍满足国家水产养殖标准。但为了该海域长期健康发展，防范水产养殖区水质污染，合理科学规划渔业养殖活动仍然是非常有必要的。 本文研究利用遥感数据实现了对近海水产养殖区的科学监测，在此基础上有效结合实地勘察数据，高效、精准地掌握了近海养殖区养殖资源分布与水环境变化情况。实验结果可为监管辽东半岛东部海域养殖区建设提供数据支持，为近海水产养殖业的可持续发展提供可靠的科学依据。
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