互花米草隶属于禾本科虎尾草族,原产于北美大西洋及墨西哥湾的海岸带地区。出于保滩护岸的目的,我国于1979年首次引种,目前互花米草已广泛生长于我国海岸带地区,成为对我国滨海湿地影响最大的入侵物种,引起了国家和省市有关管理部门以及学者的广泛关注。实现互花米草的准确监测是对其高效治理和危害评估的前提,卫星遥感作为时空连续、大尺度高效观测的首选手段,可有效地支撑开展以省区为单位的互花米草长时间序列监测。互花米草的生物学特性决定其生长区域需有潮汐的周期性影响,同时与其邻接或混生的本地生态系统在冠层结构、生长斑块的分布上都较为相似,这些特点共同决定了互花米草的遥感监测依赖于光学遥感手段。然而,互花米草的光学遥感监测还存在以下三方面的问题:(1)多光谱遥感最为常用,然而传统的分类方法难以获得较高的分类精度;(2)高光谱遥感具有特征光谱诊断和精细分类的优势,但目前针对互花米草的分类方法研究较少,而且面临光谱维度高带来的分类效率不高的问题;(3)互花米草的入侵具有鲜明的地域特点,然而针对互花米草在山东省的入侵特点和过程缺少有针对性的监测分析。深度学习分类方法具有自动挖掘深层特征,提高分类精度的优点,在解决上述问题中具有潜力。因此,本文尝试在山东省多光谱和高光谱遥感图像互花米草分类中研究并设计基于深度学习的分类方法,以解决多光谱图像分类精度不高和高光谱图像的高维度导致的效率低问题,并基于发展的方法开展对互花米草在山东省入侵特点和过程的监测和分析。具体开展的工作包括:(1)针对传统多光谱分类方法为浅层学习,精度难以提高的问题,开展构建融合浅层特征的深度学习互花米草分类模型的研究;(2)针对高光谱影像波段冗余性高的问题,开展基于特征降维的深度分类互花米草分类模型研究;(3)基于上述发展的方法,开展1989年互花米草在山东省引种以来逐年的长时间序列动态监测和景观分析,并以典型入侵区域为例分析互花米草的扩散因子和生态效应。本文利用长时间序列的中空间分辨率Landsat和GF-1 WFV多光谱影像和部分区域的GF-5高光谱遥感影像,围绕山东省互花米草的分布特征,开展深度学习分类模型和多层次分析研究,为海洋资源环境监测管理与保护提供数据服务与技术支撑。得到如下主要结论:1.构建了融合浅层特征的V-DCNN和V-RPNet两种深度学习分类模型。结果表明:融合植被指数和缨帽变换分量共9维特征后,V-DCNN和V-RPNet的总体分类精度分别比DCNN和RPNet的分类精度提高0.34%和1.19%,互花米草的分类精度分别提高了3.25%和1.86%,新模型能够有效提高互花米草的分类精度。综合分类精度和训练时间,V-RPNet方法更适用于互花米草的监测分析。2.发展了基于GF-5高光谱影像特征降维的RPNet深度分类方法。对山东黄河三角洲国家级自然保护区(简称保护区)互花米草的分类结果表明:提出的S-FCBF波段选择算法分类精度高于S-Recorre,S-m RMR算法,也优于FCBF,总体精度和互花米草的分类精度在选择18个波段时达到最高,分别为95.22%和96.99%,在此基础上进行多特征组合后,比全部波段分别提高0.56%和2.41%。同时特征降维后最多可缩短4倍的训练时间。3.对山东省互花米草的监测表明,1989年以来互花米草的面积符合多项式的增长模式,可分成3个阶段:1989-1999年缓慢潜伏阶段、2000-2009年逐渐增速阶段、2010-2019年全面爆发阶段。(1)2019年山东省互花米草的总面积达6431.41 hm~2,在各市沿岸均有分布。其中保护区互花米草的面积所占比例最高,为64.49%;莱州湾次之。其余地区按面积递减顺序依次为胶州湾、丁字湾、套尔河至黄河故道、乳山湾、日照市沿岸和五号桩滩涂,面积分别为515.29 hm~2,389.2 hm~2,244.28 hm~2,237.25 hm~2,41.18 hm~2和34.85 hm~2。(2)各区域互花米草的爆发时间不同。五号桩潮间带的互花米草在1998年零星分布,2009年面积达最大值,之后逐年降低;莱州湾、胶州湾的互花米草引种时间均早于1989年,2009年前增速缓慢,胶州湾的互花米草从2013年快速扩散;保护区最早在2008年监测到互花米草,2011年爆发,扩散速度最快;丁字湾、乳山湾均于2009年监测到互花米草,爆发时间为2013年;日照沿海2011年监测到互花米草;套尔河以东2013年潮河附近监测到互花米草,呈线性增长。(3)1989年-2019年互花米草的斑块质心整体向西北方向移动,主要是互花米草在莱州湾和保护区的大面积扩散。随入侵年限增加,整体上山东省互花米草景观形状的异质性增高,斑块破碎化度呈不断加深的趋势;(4)保护区互花米草扩散最快的原因除自身适应力强外,宽阔的淤泥质潮滩、淡水补给和海草床分布等自然因素都是驱动因子。此外,水质因素和人为建设也影响互花米草的生长范围。总体上,互花米草起到维持海岸的作用,但其对潮流的阻挡会造成潮间带中上部生态系统的退化。