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| 中國海洋大學(xué)在漁業(yè)遙感領(lǐng)域取得新進(jìn)展 |
| http://www.rumandrelaxation.com 2025年11月8日 來源：華禹教育網(wǎng) |
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近日，中國海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院劉陽教授團(tuán)隊(duì)在國際遙感頂刊ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing（《ISPRS 攝影測量與遙感雜志》）發(fā)表了題為“Mapping subtle-featured oyster rafts with high-resolution imagery and deep learning techniques”（基于高分辨率衛(wèi)星影像和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的微弱特征牡蠣養(yǎng)殖筏探測）的研究成果。該研究為我國近海養(yǎng)殖精細(xì)化管理提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，有望破解長期以來近海養(yǎng)殖監(jiān)管效率低、精度不足的難題。同時(shí)，該研究也進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化應(yīng)用的推廣，“基于衛(wèi)星遙感的牡蠣養(yǎng)殖區(qū)規(guī)劃及確權(quán)監(jiān)管評估技術(shù)”榮獲全國水產(chǎn)技術(shù)推廣總站和中國水產(chǎn)學(xué)會漁業(yè)新技術(shù)2025年優(yōu)秀科技成果。
水產(chǎn)養(yǎng)殖在保障糧食安全、推動漁業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、促進(jìn)沿海地區(qū)民生改善等方面發(fā)揮著不可替代的作用。然而，隨著近海養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，養(yǎng)殖設(shè)施布局不合理，傳統(tǒng)監(jiān)管手段面臨著“覆蓋范圍有限、數(shù)據(jù)更新滯后、識別精度不足”等突出問題，難以滿足精細(xì)化管理的現(xiàn)實(shí)需求。近年來，遙感影像技術(shù)與圖像分類算法的快速發(fā)展，為近海養(yǎng)殖區(qū)識別提供了全新思路，相關(guān)領(lǐng)域研究呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。但梳理現(xiàn)有研究成果可以發(fā)現(xiàn)，多數(shù)研究仍聚焦于大范圍、大尺度的養(yǎng)殖區(qū)域宏觀調(diào)查，無法精準(zhǔn)提取單個養(yǎng)殖設(shè)施的位置、形態(tài)、規(guī)模等關(guān)鍵信息。這種“重宏觀、輕微觀”的研究現(xiàn)狀，使得衛(wèi)星遙感技術(shù)在近海養(yǎng)殖設(shè)施動態(tài)監(jiān)測、違規(guī)用海排查等精細(xì)化管理場景中的應(yīng)用受到極大限制，難以充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢。
針對這一行業(yè)痛點(diǎn)，劉陽教授團(tuán)隊(duì)開展了針對性研究。團(tuán)隊(duì)以高分辨率“吉林一號”衛(wèi)星影像為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，創(chuàng)新構(gòu)建并訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)語義分割模型，重點(diǎn)攻克復(fù)雜海洋環(huán)境下“微弱特征牡蠣養(yǎng)殖筏精準(zhǔn)識別”這一核心難題。與傳統(tǒng)研究相比，該成果的突破點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個方面：
一是識別精度的跨越式提升。團(tuán)隊(duì)采用Swin-Transformer編碼器搭建語義分割模型，有效解決了傳統(tǒng)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)“感受野受限、難以捕捉全局上下文信息”的技術(shù)瓶頸。該模型基于自注意力機(jī)制，能夠充分關(guān)聯(lián)影像中的全局特征與局部細(xì)節(jié)，精準(zhǔn)識別出光學(xué)反射特征弱、紋理信息不明顯的牡蠣養(yǎng)殖筏，即使在海浪、云層、光照變化等復(fù)雜干擾條件下，仍能保持穩(wěn)定的識別性能。在測試數(shù)據(jù)集驗(yàn)證中，該模型的提取精度高達(dá)88%，顯著優(yōu)于UNet等傳統(tǒng)深度學(xué)習(xí)模型，為單個養(yǎng)殖設(shè)施的精準(zhǔn)定位奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
圖1 語義分割模型流程圖
二是實(shí)現(xiàn)從“區(qū)域識別”到“單體提取”的突破。依托高精度模型，團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜海洋環(huán)境下牡蠣養(yǎng)殖筏的“單體級”提取。以山東乳山市海域?yàn)檠芯繀^(qū)域進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證時(shí)，團(tuán)隊(duì)成功識別出超過4萬個牡蠣養(yǎng)殖筏，并精準(zhǔn)獲取了每個養(yǎng)殖筏的長度、分布密度等關(guān)鍵參數(shù)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)有零星長度異常的養(yǎng)殖筏分散在養(yǎng)殖區(qū)周邊。經(jīng)分析，這些異常養(yǎng)殖筏多因人為操作不規(guī)范（如設(shè)施維護(hù)不到位）或自然環(huán)境影響（如風(fēng)浪沖擊導(dǎo)致設(shè)施變形、移位），處于養(yǎng)殖狀態(tài)異常的情況，為后續(xù)養(yǎng)殖設(shè)施健康狀況監(jiān)測、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提供了精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。
圖2 高分衛(wèi)星遙感識別牡蠣養(yǎng)殖筏結(jié)果
三是為精細(xì)化監(jiān)管與可持續(xù)發(fā)展提供實(shí)踐路徑。本研究得到的養(yǎng)殖筏識別結(jié)果能夠快速、準(zhǔn)確地識別出超出規(guī)劃養(yǎng)殖區(qū)范圍、侵占航道、生態(tài)保護(hù)區(qū)等其他海洋功能區(qū)的違規(guī)養(yǎng)殖筏。成果可直接服務(wù)于海洋管理部門的違規(guī)用海排查與整改工作，幫助規(guī)范養(yǎng)殖戶的合法用海行為，有效避免因無序養(yǎng)殖導(dǎo)致的海域資源浪費(fèi)、海洋生態(tài)環(huán)境破壞等問題，為乳山市牡蠣養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)范化、可持續(xù)發(fā)展提供了有力的技術(shù)保障。
團(tuán)隊(duì)參加2025年中國水產(chǎn)學(xué)會范蠡學(xué)術(shù)大會并上臺領(lǐng)獎（左三為劉陽）
論文的第一作者為水產(chǎn)學(xué)院2025級博士研究生牟天偉，通訊作者為劉陽教授，研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，以及北京天象新亞科技有限公司、乳山市海洋發(fā)展局、乳山市海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展中心、乳山市國有資本運(yùn)營有限公司等協(xié)助支持。劉陽教授團(tuán)隊(duì)長期深耕“遙感技術(shù)與水產(chǎn)領(lǐng)域交叉應(yīng)用”，始終圍繞行業(yè)實(shí)際需求開展研究，在海洋牧場規(guī)劃、養(yǎng)殖區(qū)科學(xué)選址、養(yǎng)殖容量精準(zhǔn)評估、漁業(yè)資源監(jiān)測與評估等關(guān)鍵領(lǐng)域持續(xù)攻關(guān)，為推動我國水產(chǎn)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展作出了積極貢獻(xiàn)。
文：田浩 牟天偉
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2025.10.029
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