Remote sensing applications for the environmental monitoring of marine farms towards precision aquaculture
Authors: Χατζηαντωνίου Ανδρομάχη 
Published: September 2023

Η θαλάσσια υδατοκαλλιέργεια επεκτείνεται ραγδαία τα τελευταία χρόνια, λόγω της αυξανόμενης ζήτησης για αλιευτικά προϊόντα. Ωστόσο, αυτή η επέκταση έχει οδηγήσει σε αυξημένο ανταγωνισμό με άλλες θαλάσσιες δραστηριότητες, για χώρο και διαθέσιμους πόρους, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα επέκταση των εγκαταστάσεων και τη μετεγκατάστασή τους και σε περιοχές ανοιχτής θάλασσας. Επιπλέον, το περίπλοκο θαλάσσιο περιβάλλον και η συνεχόμενη έκθεση στις περιβαλλοντικές συνθήκες και αστάθμητες εξωτερικές απειλές δυσχεραίνουν περαιτέρω τη βιώσιμη ανάπτυξη του κλάδου. Για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων, απαιτούνται νέες και καινοτόμες τεχνολογίες, όπως η ενσωμάτωση δεδομένων τηλεπισκόπησης και in-situ δεδομένων για την ολοκληρωμένη και συνεχή παρακολούθηση των εγκαταστάσεων υδατοκαλλιέργειας και του περιβάλλοντος χώρου. Οι περιβαλλοντικές παράμετροι που επηρεάζουν τις υδατοκαλλιέργειες σχετίζονται με την κατάσταση της θάλασσας, την κυκλοφορία του νερού, το χρώμα της θάλασσας και τα βιοχημικά χαρακτηριστικά του νερού. Από αυτές, κάποιες μπορούν να μετρηθούν απευθείας μέσω δορυφορικών δεδομένων καθώς επιδρούν στο χρώμα του νερού και στην τραχύτητα της επιφάνειας, ενώ κάποιες μπορούν να εκτιμηθούν έμμεσα, δημιουργώντας συσχετίσεις με άλλες. Ωστόσο, είναι ζωτικής σημασίας να εντοπιστούν οι βασικές παράμετροι που επηρεάζουν σημαντικά τις διαδικασίες που αφορούν τις υδατοκαλλιέργειες και να καθοριστούν οι μέθοδοι εκτίμησής τους χρησιμοποιώντας τα κατάλληλα δορυφορικά δεδομένα. Η παρούσα διδακτορική διατριβή στοχεύει στην ανάπτυξη ενός συστήματος απομακρυσμένης παρακολούθησης και υποστήριξης αποφάσεων που σχετίζονται με την υδατοκαλλιέργεια, μέσω της χρήσης δορυφορικών δεδομένων. Τα βασικά ερευνητικά ερωτήματα ήταν: (1) Ποιες περιβαλλοντικές παράμετροι που επηρεάζουν τις υδατοκαλλιέργειες μπορούν να εκτιμηθούν με τη χρήση τηλεπισκόπησης; (2) Πώς μπορεί η τηλεπισκόπηση να συνεισφέρει σε ένα σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης για τον εντοπισμό πιθανών απειλών για την υδατοκαλλιέργεια στο θαλάσσιο περιβάλλον; (3) Πώς μπορεί να σχεδιαστεί και να αναπτυχθεί ένα ολοκληρωμένο σύστημα απομακρυσμένης παρακολούθησης και διαχείρισης μονάδων υδατοκαλλιέργειας; Για τη διερεύνηση των προαναφερθέντων ερωτημάτων, η έρευνα χωρίστηκε σε τέσσερα κεφάλαια (2-5), το καθένα συμβάλλοντας στον βασικό στόχο. Τα δύο πρώτα κεφάλαια (2,3) εμβαθύνουν σε δύο κρίσιμες παραμέτρους (Βιογενή Επιφανειακά Έλαια και Συγκέντρωση Διαλυμένου Οξυγόνου), παρέχοντας μια διεξοδική ανάλυση της συνάφειάς τους με τη μελέτη και την μεθοδολογία εκτίμησής τους. Το κεφάλαιο 4 συγκεντρώνει τις πληροφορίες που παρουσιάστηκαν στις προηγούμενες ενότητες, ενσωματώνοντας τις σχετικές παραμέτρους και τους δείκτες κινδύνου για την ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου εργαλείου παρακολούθησης και την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητάς του. Τέλος, το κεφάλαιο 5 προσφέρει μια σύνοψη της έρευνας, επισημαίνοντας τα βασικά ευρήματα και συμπεράσματα που προέκυψαν από τη μελέτη. Τα βασικά ευρήματα, όπως αναλυτικά τεκμηριώνονται στα συμπεράσματα της διατριβής, συνεισφέρουν σημαντικά στη γνώση που σχετίζεται με τη χρήση δορυφορικών δεδομένων για την περιβαλλοντική παρακολούθηση των θαλάσσιων υδατοκαλλιεργειών. Σχετικά με το πρώτο ερευνητικό ερώτημα, η έρευνα καταλήγει σε τέσσερις (4) σημαντικές περιβαλλοντικές παραμέτρους, τα Βιογενή Επιφανειακά Έλαια, την Συγκέντρωση Διαλυμένου Οξυγόνου, την συγκέντρωση Χλωροφύλλης-α και την Επιφανειακή Θερμοκρασία της Θάλασσας. Σχετικά με το δεύτερο ερευνητικό ερώτημα, καθορίστηκαν τρεις (3) δείκτες κινδύνου χρησιμοποιώντας τις προαναφερθείσες παραμέτρους, την Επιφανειακή Θερμοκρασία της Θάλασσας, την Έξαρση Φυτοπλανγκτού και τον Κορεσμό του Διαλυμένου Οξυγόνου. Τέλος, σχετικά με το τρίτο ερευνητικό ερώτημα τα αποτελέσματα της εφαρμογής του προτεινόμενου εργαλείου ανέδειξαν την χρησιμότητά του για την συστηματική παρακολούθηση υδατοκαλλιεργειών. Ταυτόχρονα, η έρευνα ικανοποίησης των χρηστών εισήγαγε νέες προκλήσεις για την βελτιστοποίηση του εργαλείου και τα μελλοντικά βήματα της έρευνας. Η έρευνα καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η χρήση δεδομένων τηλεπισκόπησης στην περιβαλλοντική παρακολούθηση των θαλάσσιων υδατοκαλλιεργειών μπορεί να βελτιώσει τις πρακτικές και να συμβάλει στη βιώσιμη ανάπτυξη του κλάδου. Η προτεινόμενη προσέγγιση αναμένεται να ενισχύσει σημαντικά την ανταγωνιστικότητα και τη βιωσιμότητα του τομέα της υδατοκαλλιέργειας, ενώ ταυτόχρονα προωθεί τη προστασία του περιβάλλοντος. Επιπλέον, μπορεί να επηρεάσει θετικά την εθνική οικονομία ενισχύοντας την επιστημονική έρευνα και την καινοτομία ως βασικούς μοχλούς σχεδιασμού και λήψης αποφάσεων στον κλάδο της υδατοκαλλιέργειας. Η ανάπτυξη και η εφαρμογή ενός συστήματος διαχείρισης στη διαδικασία παραγωγής της υδατοκαλλιέργειας αναμένεται να διευκολύνει τη μετάβαση της υδατοκαλλιέργειας σε περιβάλλοντα ανοιχτής θάλασσας, αξιοποιώντας τις διαθέσιμες περιβαλλοντικές παραμέτρους. Παρέχοντας πολύτιμες πληροφορίες για κρίσιμες παραμέτρους όπως η ποιότητα του νερού και οι περιβαλλοντικές συνθήκες, το προτεινόμενο σύστημα μπορεί να δώσει στους παραγωγούς τη δυνατότητα να βελτιστοποιήσουν την παραγωγικότητα και να ελαχιστοποιήσουν τις απώλειες, ενισχύοντας έτσι την ανάπτυξη και την ευημερία της βιομηχανίας υδατοκαλλιέργειας.