1 文章導讀
中國是海水養殖大國，為世界貢獻了60%以上的海水養殖産品，超過世界所有其他國家海水養殖的總和，許多沿海區域依靠海水養殖實作了快速地發展。
但随着人們對海産品需求的提升，高速發展的海水養殖産業也對海岸帶區域的生态環境帶來了一些問題。
養殖資料的空間分布資訊可為區域統籌管理、海洋災害防災減災、生态環境監測、資源開發和社會經濟可持續發展提供科學資料支援。
然而，目前這種資料卻是缺失狀态，嚴重阻礙了相關領域研究的發展。
2 研究方法
整個研究流程如下圖所示，遙感影像經資料預處理後，利用水體指數ndwi進行水陸分離操作；之後分别利用canny算子與obvs-ndvi方法提取水體中的邊緣特征與潛在養殖斑塊，利用邊緣重合度計算疊加邊緣特征與潛在養殖斑塊，獲得最終的養殖目标。
筏式養殖是藻類養殖的主要養殖方式，藻類在成熟時的光譜特征與植物具有一定的相似性，是以可利用植被指數（ndvi）對潛在的筏式養殖斑塊進行探測。由于水色複雜，海水中的天然藻類會對探測産生幹擾，但一般養殖斑塊相比周圍海水具有更高的ndvi值，是以利用obvs-ndvi計算養殖斑塊與周圍斑塊的內插補點特征，獲得潛在養殖目标。
obvs-ndvi：
其中，nir為面向對象分割斑塊在近紅外波段的平均光譜值，r為斑塊在紅光波段的平均光譜值；o代表目前進行計算的斑塊，n(o)表示與斑塊o相鄰接的斑塊集，b(o,oj)表示斑塊o與鄰接斑塊oj相鄰的公共邊，mo(ndvi)表示斑塊o的ndvi值，soj代表斑塊o與相鄰斑塊集n(o)的ndvi內插補點特征。
邊緣疊合确定養殖區目标：将邊緣特征與潛在養殖斑塊進行疊合，實作養殖區斑塊高精度提取。
canny算子計算邊緣特征後，利用高斯濾波獲得邊緣機率圖eg(x,y)。之後計算邊緣疊合度rj。
其中，bj是潛在養殖斑塊soj的邊緣像素集，|bj|像素集包含的像素數量。根據王君的研究，rj為0.15-0.25時提取精度最高。是以本研究按照同樣範圍對rj進行設定。
3 結果分析
根據提取結果，2018年中國近海的筏式養殖面積為194,110 公頃。筏式養殖的整體分布呈現“北多南少”的特點，江蘇省的筏式養殖面積最大(55,851 公頃; 占比28.8 %)，之後是福建省(39,637 公頃; 占比20.4%)，山東省 (25,457 公頃; 占比13.1 %)，河北省 (23,904 公頃; 占比12.3 %)，遼甯省(19,953 公頃; 占比10.3%)，廣東省(17,558 公頃; 占比9.0 %)與浙江省 (10,049 公頃; 占比5.2 %)。廣西省筏式養殖面積最小 (1701 公頃;占比 0.9%), 海南省未觀測的有筏式養殖。
2018年中國近海的網箱養殖面積為 5,784.780公頃。與筏式養殖的分布特征相反，網箱養殖的整體分布呈現“南多北少”的特點。福建省網箱養殖面積最大 (3,749.100 公頃; 占比64.8 %)，之後是廣東省(1,009.634 公頃; 占比17.45 %)。實際上，這兩個省的網箱養殖面積已超過全國網箱養殖面積的80%。之後是遼甯省 (325.439 公頃; 占比5.63 %)，山東省 (261.139 公頃; 占比4.51 %), 海南省(200.882公頃; 占比3.47 %)，廣西省(149.530 公頃; 占比2.58 %)和浙江省 (89.056公頃; 占比1.54 %)。河北省和江蘇省未發現網箱養殖。
根據提取的養殖區分布情況，可以觀察到中國的近海養殖主要分布于距海岸線40km内的海域内，在一些距岸線較遠的島嶼周邊，也存在部分海水養殖區。近海養殖區主要分布于河口，内灣及島嶼附近。
（a）筏式養殖面積分布（公頃） （b）網箱養殖面積分布（公頃）
在中國南部，多數的養殖區均分布于内灣或灣口處，而在中國中北部，如遼甯省與江蘇省，海水養殖區則沒有這樣的分布特點，很大面積的養殖區分布于開闊的海面。作者推測可能是由于台風等海洋災害所導緻，台風對中國南方區域的影響要強于北方，内灣的區域特點為養殖區提供了天然的避風港，在内灣進行養殖活動相比開闊水面更利于減少台風風暴潮等海洋災害對養殖的破壞。
資料不确定性說明，與統計年鑒的對比：
将提取結果進行面積統計，并與同期的《中國漁業統計年鑒》中筏式養殖面積與網箱養殖面積的統計資料進行了對比。兩者具有一定的差異，分析差異産生的原因主要包括以下3點：
1、提取時使用單時相的影像，而統計年鑒統計的是全年的面積。在進行養殖區提取時，雖然考慮了養殖周期的問題，盡量選擇了養殖光譜特征較強的影像時相。但瞬時擷取的遙感圖像仍無法完全顯示全年多種類型養殖周期與生長狀态不同的養殖作物，這是與統計資料差異的最主要原因。
2、統計标準不同。本研究擷取的養殖面積，是根據解譯圖像的分辨率與解譯得到的養殖像元數量計算得到的。而統計年鑒中的養殖面積并非是遙感圖像上顯示的水面面積，很多是根據養殖設施的數量進行估算，各地區也沒有形成嚴格的統計标準。在一定程度上導緻提取面積與統計面積存在差異。
3、遙感提取不确定性。除了算法本身也會産生一定的提取誤差之外，在大區域上利用中分辨率遙感影像進行養殖區自動提取，會存在一些幹擾項，導緻“同物異譜”、“異物同譜”與“混合像元”等問題的産生。
4 研究結論
1、中國的近海養殖區主要位于距海岸線40km内的海域内，在超過這個範圍的島嶼周邊，也存在部分海水養殖區。近海養殖區主要分布于河口，内灣及島嶼附近。
2、筏式養殖主要分布于中國的北部與中部區域，呈現“北多南少”的分布特點。遼甯省、山東省及江蘇省三省的筏式養殖面積超過全國筏式養殖面積的60%。
3、網箱養殖主要分布于中國南部區域，呈現“南多北少”的分布特點。福建省與廣東省兩省的網箱養殖面積超過全國網箱養殖面積的80%。