Satellitenfernerkundung zur Gewinnung von Aquakulturflächen

Aquakultur ist eine Form der Aquakultur, die natürliche Gewässer oder künstliche Teiche nutzt, um Jungtiere von wertvollen Fischen, Schalentieren, Krebstieren und Algen zu besetzen. Dabei werden sie gefüttert, Krankheiten bekämpft und ihr schnelles Wachstum durch künstliche Vermehrung gefördert – ein geplanter Produktionsprozess. Mein Land ist der weltweit größte Aquakulturproduzent und das einzige Land, dessen Aquakulturproduktion den Fischfang übersteigt. Der Umfang der Aquakultur wächst weiterhin rasant.

Fernerkundung bietet Vorteile wie große Erfassungsreichweite, schnelle Datenerfassung, kurze Messzyklen, hohe Aktualität, geringe Kosten und hohe Wirtschaftlichkeit. Fernerkundungsbilder ermöglichen die schnelle Gewinnung thematischer Informationen für die Aquakultur und unterstützen Betriebe bei der Standortwahl, der Bestimmung geeigneter Aquakulturarten sowie der Überwachung von Besatzdichte und Wasserverschmutzung.

△ Fernerkundungsüberwachung von Aquakulturgebieten

Die wichtigste objektorientierte Informationsgewinnungsmethode für Aquakulturgebiete besteht darin, das Bild zunächst anhand der spektralen Eigenschaften der Segmente in mehrere Segmente (Objekte) zu unterteilen. Anschließend werden aus diesen Segmenten Informationen über die Aquakulturgebiete extrahiert.

Zuerst werden die Startpunkte (Clusterzentren) initialisiert: Die Startpunkte werden entsprechend der festgelegten Anzahl an Superpixeln, d. h. der Anzahl der Segmentierungsvolumina, gleichmäßig im Bild verteilt; anschließend werden Startpunkte in der Umgebung der bereits zugewiesenen Startpunkte neu ausgewählt und die Gradientenwerte aller Pixel in der Umgebung berechnet; das Pixel mit dem kleinsten Gradienten wird als Startpunkt neu zugewiesen; jedem Pixel in der Umgebung jedes Startpunkts wird eine Klassenbezeichnung zugewiesen; für jedes gesuchte Pixel wird der Abstand zum Startpunkt berechnet und iterativ optimiert.

△ Schematische Darstellung der Bildsegmentierung

Nach der Segmentierung der Regionen werden für jede Region Fernerkundungsindizes wie Vegetationsindex, Wasserindex und Reflexionswert jedes Spektralbandes berechnet. Basierend auf den Eigenschaften des Aquakulturgebiets, wie NDVI, NDWI und Bandreflexion, werden entsprechende Schwellenwerte festgelegt. Segmente, die die Schwellenwertbedingungen erfüllen, erhalten den Wert 1, alle anderen den Wert 0. Abschließend werden die als 1 markierten Regionen vektorisiert, um das extrahierte Aquakulturgebiet zu erhalten.

Die mittels dieser Methode ermittelte Aquakulturfläche ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

△ Ergebnisse aus dem Bereich Aquakultur