خلاصه پایان نامه پیش‌بینی الگوی پراکنش کفزیان مهم اقتصادی آب های استان هرمزگان براساس سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) با استفاده از شبکه‌های عصبی
پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مدیریت
فناوری اطلاعات (M.Sc)
سال تحصیلی 1390- 1389
چکیده
به منظور بررسی و پیش‌بینی الگوی پراکنش کفزیان مهم اقتصادی، داده‌های صید 10 گونه شامل: 1- حسون معمولی(Saurida tumbil) 2- حلوا سفید (Pampus argenteus) 3- حلوا سیاه (Parastromateus niger) 4- سپر ماهیان[1] (Rays) 5- سنگسر معمولی (Pomadasys kaakan) 6- شوریده (Otolithes ruber) 7- کوسه ماهیان1 (Sharks) 8- گربه ماهی بزرگ (Arius thalassinus) 9- گوازیم دم رشته‌ای (Nemipterus japonicus) و 10- یال اسبی سربزرگ (Trichiurus lepturus) مربوط به سالهای 1387 و 1388 در حوزه آبهای استان هرمزگان مورد تجزیه و تحلیل قرار‌گرفتند.
با استفاده از نرم‌افزار صفحه گسترده، تجزیه و تحلیل اولیه صورت گرفت و با نرم‌افزارهای سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) نقشه‌های پراکنش مکانی گونه‌های مذکور، براساس میزان صید بر واحد سطح (CPUA) Catch Per Unit of Area تهیه گردید. پس از آن به منظور پیش‌بینی الگوی پراکنش، نقشه‌های پارامترهای فیزیکی وشیمیایی آب منطقه شامل: دما، کدورت، شوری، چگالی، اکسیژن محلول، pH، کلروفیلa، هدایت الکتریکی، عمق، فاصله از ساحل، زمان صید و طول و عرض جغرافیایی تهیه گردید که نقشه‌های فوق‌الذکر پس از تبدیل به داده، به عنوان متغیرهای مستقل و CPUA گونه‌های مورد نظر به عنوان متغیر وابسته در نظر گرفته شدند. نقشه‌ها پس از تبدیل به عنوان ورودی نرم‌افزار شبکه عصبی مصنوعی (ANNs) Artificial Neural Networks مورد استفاده قرار گرفت که درصدی از اطلاعات به منظور آموزش، درصدی به منظور اعتبارسنجی و درصدی دیگر به منظور آزمایش عملکرد شبکه عصبی مصنوعی مورد استفاده قرار گرفتند و بهترین مدل شبکه عصبی مصنوعی با درصد کارایی بالا، به عنوان الگویی برای پیش‌بینی انتخاب شد. با بکارگیری مدل بر روی اطلاعات محدود آبشناسی و صید در منطقه، می‌توان پیش‌بینی الگوی پراکنش ماهی مورد نظر را انجام داد و با استفاده از الگوی پراکنش، می‌توان ناوگان صیادی را راهنمایی و دقیقاً مناطق صید را برحسب مختصات جغرافیایی تعیین نمود.
فصل اول- کلیات
مقدمه
آبزیان از ارزش غذایی بالایی برخوردارند و امروزه نقش مهمی در تامین جیره غذایی جوامع بشری ایفاء می‌کنند. بهره‌برداری بهینه می‌تواند در حفظ این ذخایر خدادادی کمک نماید. از سویی صید بی‌رویه، عوامل مخرب زیست محیطی، تخریب زیستگاهها، آسیب پذیری جوامع آبزیان، قابلیت محدود بازسازی ذخایر و از سوی دیگر نیاز جوامع انسانی، باعث به خطر افتادن جمعیت آنها می‌شود.
لذا، به منظور بهره‌برداری صحیح و توسعه پایدار لازم است همواره روند تغییرات جمعیت آبزیان را زیر نظر داشت. یکی از راه‌های موجود برای رسیدن به این هدف، انجام تحقیقاتی منظم است تا بتوان هرگونه تغییرات احتمالی در جمعیت‌های مختلف آبزیان را تعیین نمود.
بررسی‌های انجام شده در خلیج‌فارس نشان داد که شرایط محیطی در این منطقه همواره تحت تاثیر تغییرات شدید سالانه قرار دارد. وجود نوسانات شدید شرایط محیطی از جمله تغییرات درجه حرارت و شوری آب در طول سال در خلیج‌فارس موجب آشفتگی محیط زیست دریایی شده و در خصوصیات بیولوژیک و رفتاری آبزیان تاثیر می گذارد. بنابراین، غلظت زیاد نمک و حرارت زیاد آب دراین منطقه همراه با تغییرات شدید آب و هوایی از جمله عوامل موثر در اکوسیستم این منطقه به‌شمار می‌آید. تعویض و جابجایی آب از طریق تنگه هرمز از سایر عوامل موثر در تغییرات شرایط محیطی این منطقه می‌باشد که در نتیجه آن آبها با شوری کمتر و اکسیژن و مواد غذایی بیشتر وارد خلیج‌فارس می‌شوند (نیکویان و همکاران، 1384).
گرچه به نظر می‌رسد که ماهیان خلیج‌فارس قادرند میزان بالای درجه حرارت و شوری را تحمل نمایند ولی تغییرات شدید شرایط محیطی در آبهای سطحی آثار بیشتری بر ذخایر سطحزی خلیج‌فارس در مقایسه با کفزیان دارد، زیرا تغییرات درجه حرارت و شوری اغلب در لایه‌های سطحی آب محسوس‌تر است. این امر موجب نوسانات شدید فصلی در گسترش و پراکندگی گونه‌های سطحزی در مقایسه با گونه‌های کفزی گردیده است. وفور گونه‌های ریز و بزرگ ماهیان سطحزی به‌خصوص در ماههای سرد سال در خلیج‌فارس مؤید همین تغییرات است. ماهی ساردین که از گونه‌های سطحزی به‌شمار می‌رود، در نواحی ساحلی و در مناطقی یافت می‌شود که آب دارای درجه حرارت کمتری می‌باشد. ولی زمانی که درجه حرارت آبهای سطحی به حداکثر خود در تابستان می‌رسد، این ماهیان بیشتر به عمق آب و نزدیک به بستر دریا مهاجرت می کنند که دارای درجه حرارت کمتری است (نیکویان و همکاران، 1384).
به طورکلی، چرخه حیات گونه‌های مختلف آبزیان تا حد زیادی به شرایط زیست آنها بستگی دارد لذا، می‌توان ادعا نمود که کاربرد دانش اقیانوس‌شناسی جهت معضلات صید و صیادی در نتیجه درک بهتر ذخائر آبزیان و محیط آنها میسر می‌باشد و با درک این روابط است که می‌توان سیستم‌های پیش‌بینی وضعیت صیادی را قانونمند نمود (ولی الهی، 1374).
اکوسیستم خلیج‌فارس با دارا بودن شرایط خاص هیدروگرافیک و اکولوژیک یکی از نادرترین اکوسیستمها در سطح بیوسفر می‌باشد. تنوع زیستی انواع ماهیان، حضور جنگل‌های حرا در سواحل ایرانی خلیج‌فارس، وجود جزایر متعدد و استراتژیک در این گستره آبی، استخراج و صدور نفت از این منطقه، تبخیر بالای آب، از مهمترین عواملی هستند که در تبیین این شرایط خاص و ویژه موثر می‌باشند (غفاری چراتی، 1375).
پیشرفت تکنولوژی دریایی و ساحلی، می تواند فشارهای محیطی زیادی بر خلیج‌فارس وارد نماید. این فشارها می‌تواند ناشی از کشتیرانی، بندرگاهها، صنایع نفت و پتروشیمی، معادن، نمک گیری، ماهیگیری، نوسازی و کشاورزی بر محیط دریایی باشد (Sheppard et al., 1992 ; Price 1993).
موسسه تحقیقات شیلات ایران به منظور بررسی و پایش جمعیت آبزیان و تعیین فصل و میزان صید هرگونه از آبزیان، هر ساله گشتهای منظم تحقیقاتی را در خلیج‌فارس و دریای عمان انجام می‌دهد. برای انجام این امر مهم، تجهیزات گران‌قیمت و هزینه‌بری مثل شناور مجهز به وسایل و ادوات تحقیقاتی، منابع انسانی ماهر، هزینه زیادی را بر تحقیقات شیلات تحمیل می‌کند که این امر اجتناب ناپذیر است.
با توجه به گستردگی کار و وسعت منطقه مورد بررسی و تنوع گونه‌ای زیاد با انتخاب یک مدیریت واحد، کل آبهای خلیج‌فارس به حوزه‌های آبی سه استان خوزستان، بوشهر و هرمزگان تقسیم بندی شد و آبهای هر استان نیز با توجه به وسعت تحت پوشش آن به تعدادی زیر منطقه تقسیم‌بندی شدند (پارسامنش، 1373 مربوط به آبهای خوزستان؛ نیامیمندی و خورشیدیان، 1373 مربوط به آبهای استان بوشهر؛ ولی نسب و همکاران، 1373 مربوط به آبهای استان هرمزگان). گشتهای تحقیقاتی در هر استان به صورت فصلی به مورد اجرا درآمده و سپس یک گزارش مشترک مربوط به کل آبهای خلیج‌فارس تدوین گردید (کامبوزیا و همکاران، 1375).
همچنین مجدداً از سال 1381 برنامه‌ریزی گردید که تحت یک مدیریت واحد و هماهنگی دقیق، ذخایر آبزیان کفزی خلیج‌فارس و دریای عمان مورد ارزیابی مجدد قرار گیرد (دهقانی و همکاران، 1383، دریانبرد و همکاران، 1383؛ ولی نسب و همکاران، 1382).
آبزیان مهم اقتصادی که داده‌های آنان در این تحقیق مورد مطالعه و تجزیه و تحلیل قرار گرفتند شامل حسون معمولی (Saurida tumbil)، حلوا سفید (Pampus argenteus)، حلوا سیاه (Parastromateus niger)، سپر ماهیان (Rays)، سنگسر معمولی (Pomadasys kaakan)، شوریده (Otolithes ruber)، کوسه ماهیان (Sharks)، گربه ماهی بزرگ (Arius thalassinus)، گوازیم دم رشته‌ای (Nemipterus japonicus) و یال اسبی سربزرگ (Trichiurus lepturus) مربوط به سالهای 1387 و 1388 حوزه آبهای استان هرمزگان بودند.
این تحقیق به دنبال راهکاری است که با بکارگیری از فناوری های نوین اطلاعاتی و استفاده از نرم‌افزارهای مختلف بتواند الگوی پراکنش گونه‌های اقتصادی کفزی را با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی، مناطق صیدگاهی، تغییرات پراکنش گونه‌ای طی سالهای 1387 و 1388، شاخص فراوانی نسبی CPUA (میزان صید بر واحد سطح) و الگوی پراکنش گونه‌های اقتصادی کفزی را با استفاده از نرم‌افزارهای شبکه‌های عصبی مصنوعی پیش‌بینی نموده و بخشی از هزینه ها را کاهش دهد. در این روش با کم کردن میزان مناطق صیدگاهی (ایستگاههای نمونه‌برداری) می‌توان به نتایج مشابه با قبل دست یافت.
بکارگیری نرم‌افزارهای سامانه اطلاعات جغرافیایی، امکان توزیع سطحی را با داشتن نقاط صید در اختیار ما قرار می‌دهند و نرم‌افزار شبکه عصبی ما را در پیش‌بینی پراکنش یک گونه آبزی کمک می‌کنند. به همین منظور داده‌های صید مربوطه به دو دوره از گشتهای تحقیقاتی و داده‌های آبشناسی، منطقه خلیج‌فارس و بخشی از دریای عمان محدوده آبهای ایران در استان هرمزگان جمع آوری و تحلیلهای لازم روی آن انجام گرفت و نتایج خوبی حاصل شده که امید است مورد بهره‌برداری کلیه دست اندرکاران شیلاتی قرار گیرد.
طرح موضوع
یکی از ویژگیهای خاص مطالعه کنونی این است که بتواند با کم بودن داده، نتایج آینده را پیش‌بینی نماید. در این مطالعه پیش‌بینی شده است که بتوان اهدافی از قبیل: میزان صید بر واحد سطح یک گونه آبزی از جمله تعیین روند برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب که شامل دما، کدورت، شوری، چگالی، اکسیژن محلول، pH، کلروفیل a و هدایت الکتریکی را مقایسه کرد.
اکولوژی خلیج‌فارس
خلیج‌فارس بین 24 تا 30 درجه و 30 دقیقه عرض شمالی و 48 تا 65 درجه و 30 دقیقه طول شرقی از نصف النهار گرینویچ قرار گرفته است. طول خلیج‌فارس بیش از 900 کیلومتر و میانگین پهنای آن حدود 240 کیلومتر است. عریض‌ترین قسمت آن 400 کیلومتر و کم عرض‌‌ترین نقطه آن (تنگه هرمز) حدود 56 کیلومتر است. خلیج‌فارس یک فلات قاره بوده و رسوبات بستر آن در بخش شمال و شمال غربی، گلی و در بخش جنوب شرقی، شنی می‌باشد (Sivasubramaniam, 1981).
از کل مساحت بستر خلیج‌فارس و نواحی کم عمق دریای عمان، 1/52 درصد گلی، 7/39 درصد شنی گلی و2/8 درصد صخره‌ای و مرجانی برآورد شده‌است. متوسط درجه حرارت آبهای سطحی خلیج‌فارس برابر با 22 درجه سانتی‌گراد که حداکثرآن در تابستان 30 و حداقل در زمستان 15 درجه سانتی‌گراد است. شوری خلیج‌فارس به‌دلیل عمق کم آن بیشتر از سایر قسمت‌های اقیانوس هند است و در حدود 37 تا 40 قسمت در هزار می‌باشد و این مقدار در خلیج‌های کوچک ساحلی و آبگیرها به 60 تا 70 قسمت در هزار نیز می‌رسد. به علت تبخیر شدید در خلیج‌فارس و عدم تکافوی آب شیرین ورودی، جریان سطحی، آب به نسبت کم شورتر دریای عمان را از طریق بخش شمالی تنگه هرمز به خلیج‌فارس می‌رساند. به‌دلیل چگالی کم، این آب از بخش سطحی وارد خلیج‌فارس شده و حرکت این جریان بر خلاف حرکت عقربه‌های ساعت بوده و در بخش شمالی از شرق به غرب و در بخش جنوبی از غرب به شرق جریان دارد. جریان غربی شرقی، شامل آب بسیار شور خلیج‌فارس است که به‌علت چگالی زیاد از عمق به دریای عمان وارد می‌شود و به‌طورکلی حالتی همانند چرخش جریان آبی دریای مدیترانه با اقیانوس اطلس دارد (Carpenter et al., 1997).
خلیج‌فارس یک دریای حاشیه‌ای (Marginal sea)، نیمه بسته (Semi-enclosed) و کم عمق بوده و از طریق تنگه هرمز به دریای عمان متصل می‌گردد. آبهای این خلیج علاوه بر اینکه تحت تاثیر شرایط محیطی اطراف خود می‌باشد، بخشی از عوامل دریایی مربوط به آن از قبیل توازن آب، جریانهای چرخشی معکوس دهانه خلیجی، جریانهای جز و مدی و تعادل شوری، ناشی از آبهای دریای عمان بوده که از طریق تنگه هرمز صورت می‌پذیرد (Al-Majed et al., 2000).
خلیج‌فارس دارای تعدادی جزایر کوچک و بزرگ می‌باشد که از نظر اقتصادی و جغرافیای سیاسی از اهمیت بالایی برخوردار است. به‌طورکلی، مهمترین پدیده های جغرافیایی ایران در خلیج‌فارس عبارتند از: جزیره‌های خارک، لاوان، ابوموسی، سیری، فرود، قشم، هرمز، هنگام، تنب های بزرگ و کوچک، لارک، فارس، کیش، هندورابی و خور موسی می‌باشند (نیل ساز و همکاران، 1384).
میزان تبخیر آب در خلیج‌فارس به مراتب بیشتر از ورودیهای آب شیرین آن بوده به طوریکه میانگین میزان تبخیر سالانه این پیکره آبی 1400 میلی‌متر در سال و ورودیهای آب شیرین آن از طریق رودخانه‌ها حدود460 150 و از طریق نزولات آسمانی حدود 100-70 میلی‌متر در سال گزارش شده است (Stephen et al., 2003).
درجه شوری خلیج‌فارس کمتر از اقیانوسهاست. اگرچه به وسیله تنگه هرمز خلیج‌فارس با دریای عمان و اقیانوس هند ارتباط دارد اما مقدار املاح محلول در آن به مراتب کمتر از دریاهای مزبور می‌باشد. علت عمده این پدیده ورود مقدار زیاد آب شیرین توسط رودخانه‌های شمال و شمال غربی است به‌طوری که در شمال خلیج‌فارس و در دهانه رودخانه اروند رود، میزان شوری به حداقل می‌رسد و کناره‌های جنوبی به دلیل کمبود رودخانه و تبخیر بیشتر، شورتر از کناره‌های شمالی می‌باشد. عامل دیگر در پایین بودن درجه شوری خلیج‌فارس، وجود تنگه هرمز است که مانع ورود آزادانه امواج دریای عمان به خلیج‌فارس می گردد (نیل ساز و همکاران، 1384).
ضرورت انجام تحقیق
فهرست پایان نامه پیش‌بینی الگوی پراکنش کفزیان مهم اقتصادی آب های استان هرمزگان براساس سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) با استفاده از شبکه‌های عصبی
چکیده...............................................................................................................................................
فصل اول- کلیات
مقدمه......................................................................................................................................
طرح موضوع..........................................................................................................................
اکولوژی خلیج‌فارس..............................................................................................................
ضرورت انجام تحقیق..........................................................................................................
قلمرو تحقیق..........................................................................................................................
1-5-1- محدوده مکانی نمونه‌برداری آبزیان............................................................................
1-5-2- منطقه مورد بررسی و ایستگاههای نمونه‌برداری فیزیکی وشیمیایی آب ....................
محدوده زمانی نمونه‌برداری آبزیان و آبشناسی...................................................................
1-7- سؤالات و فرضیه‌ها.................................................................................................................
1-7-1- سؤالات تحقیق.......................................................................................................
1-7-2- فرضیههای تحقیق...................................................................................................
تعاریف واژه‌ها.....................................................................................................................
فصل دوم- پیشینه تحقیق، چارچوب‌ها و مبانی و مستندات
2-1- پیشینه تحقیق .........................................................................................................................
2-2- معرفی ده گونه ماهیان کفزی .................................................................................................
2-2-1- حسون معمولی Saurida tumbil .........................................................................
2-2-2- حلوا سفید Pampus argenteus...........................................................................
2-2-3- حلوا سیاه Parastromateus niger ....................................................................
2-2-4- سپر ماهیان (Rays).....................................................................................................
2-2-5- سنگسر معمولیPomadasys kaakan..................................................................
2-2-6- شوریدهOtolithes ruber........................................................................................
2-2-7- کوسه ماهیان Sharks.................................................................................................
2-2-8- گربه ماهی بزرگ Arius thalassinus...................................................................
2-2-9- گوازیم دم رشته‌ای Nemipterus japonicus ......................................................
2-2-10- یال اسبی سربزرگ Trichiurus lepturus ..........................................................
2-3- شبکه عصبی مصنوعی...........................................................................................................
2-3-1- تاریخچه هوش مصنوعی.............................................................................................
2-3-2- پرسپترون چند لایه‌ای.................................................................................................
فصل سوم: مواد و روشها و روش اجرای تحقیق
3-1- ابزار و روشها..........................................................................................................................
3-1-1- ابزار و تجهیزات.......................................................................................................
3-1-1-1- تجهیزات موجود در شناور ................................................................................
3-2- روش کار................................................................................................................................
321 منطقه مورد بررسی و تعیین ایستگاههای نمونه‌برداری....................................................
3-3- روش نمونه‌برداری.............................................................................................................
3-3-1 روش محاسبه میزان CPUA و توده زنده............................................................
3-3-2- روش اندازه‌گیری پارامترهای فیزیکی و شیمیایی آب..................................................
3-4- روش تجزیه و تحلیل اطلاعات..............................................................................................
فصل چهارم: تجزیه و تحلیل و بیان نتایج حاصل از تحقیق
4-1- عمق ایستگاههای نمونه‌برداری آب..................................................................................
4-2- توزیع عمودی و افقی پارامترهای فیزیکی و شیمیایی آب .....................................................
4-2-1- دمای آب.....................................................................................................................
4-2-2- هدایت الکتریکی..........................................................................................................
4-2-3- شوری..........................................................................................................................
4-2-4- چگالی.........................................................................................................................
4-2-5- اکسیژن محلول.............................................................................................................
4-2-6- pH..............................................................................................................................
4-2-7- کلروفیلa.....................................................................................................................
4-2-8- کدورت........................................................................................................................
4-3- میزان CPUA و توده زنده کل آبزیان ترال کف در خلیج‌فارس و دریای عمان...................
4-3-1- میزان CPUA سال 1387.............................................................................................
4-3-2- میزان توده زنده سال 1387..........................................................................................
4-3-3- میزان CPUA سال 1388.............................................................................................
4-3-4- میزان توده زنده سال 1388..........................................................................................
4-4- توده زنده، CPUA و پراکنش آبزیان به تفکیک گونه، سالهای 1387 و 1388......................
4-4-1- حسون معمولیSaurida tumbil ............................................................................
4-4-1-1- تحلیل شبکه عصبی..........................................................................................
4-4-2- حلوا سفید Pampus argenteus .........................................................................
4-4-2-1- تحلیل شبکه عصبی..........................................................................................
4-4-3- حلوا سیاه Parastromateus niger.....................................................................
4-4-3-1- تحلیل شبکه عصبی............................................................................................
4-4-4- سپر ماهیانRays .......................................................................................................
4-4-4-1- تحلیل شبکه عصبی............................................................................................
4-4-5- سنگسر معمولیPomadasys kaakan ................................................................
4-4-5-1- تحلیل شبکه عصبی............................................................................................
4-4-6- شوریده Otolithes ruber......................................................................................
4-4-6-1- تحلیل شبکه عصبی............................................................................................
4-4-7- کوسه ماهیان Sharks ...............................................................................................
4-4-7-1- تحلیل شبکه عصبی............................................................................................
4-4-8- گربه ماهی بزرگ Arius thalassinus ..................................................................
4-4-8-1- تحلیل شبکه عصبی............................................................................................
4-4-9- گوازیم دم رشته‌ای Nemipterus japonicas........................................................
4-4-9-1- تحلیل شبکه عصبی............................................................................................
4-4-10- یال‌اسبی سربزرگ Trichiurus lepturus...........................................................
4-4-10-1- تحلیل شبکه عصبی.........................................................................................
فصل پنجم: بحث و نتیجه‌گیری
5-1- پارامترهای فیزیکی و شیمیایی آب ........................................................................................
5-1-1- دمای آب ....................................................................................................................
5-1-2- هدایت الکتریکی ........................................................................................................
5-1-3- شوری .........................................................................................................................
5-1-4- چگالی.........................................................................................................................
5-1-5- اکسیژن .......................................................................................................................
5-1-6- pH..............................................................................................................................
5-1-7- کلروفیل a...................................................................................................................
5-1-8- کدورت ......................................................................................................................
5-2- توده زنده، CPUA و پراکنش آبزیان به تفکیک گونه، سالهای 1387 و 1388......................
5-2-1- حسون معمولیSaurida tumbil ...........................................................................
5-2-2- حلوا سفید Pampus argenteus ............................................................................
5-2-3- حلوا سیاه Parastromateus niger........................................................................
5-2-4- سپر ماهیانRays .........................................................................................................
5-2-5- سنگسر معمولیPomadasys kaakan ..................................................................
5-2-6- شوریده Otolithes ruber........................................................................................
5-2-7- کوسه ماهیان Sharks .................................................................................................
5-2-8- گربه ماهی بزرگ Arius thalassinus ....................................................................
5-2-9- گوازیم دم رشته‌ای Nemipterus japonicas..........................................................
5-2-10- یال‌اسبی سربزرگ Trichiurus lepturus............................................................
پیشنهادها:............................................................................................................................................
منابع:...................................................................................................................................................
پیوست‌ها:...........................................................................................................................................