遙感技術(shù)在海岸帶環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用
——以山東省沾化縣北部沿海地區(qū)為例

戚樹發(fā)，呂寶平，姚春梅

(1.煙臺(tái)市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，山東 煙臺(tái) 264003；2.山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，山東 濟(jì)南 250013)

研究區(qū)位于山東省濱州市沾化縣北部，屬于魯西北海積平原區(qū)，北部瀕海，陸地地形以平原為主，總的地形南高北低。區(qū)內(nèi)人類活動(dòng)(開采石油、鹵水，建造鹽田等)對(duì)海岸帶地質(zhì)環(huán)境有一定的影響。針對(duì)海岸帶地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜、通達(dá)性較差且人工調(diào)查困難等現(xiàn)狀[1]，該次通過(guò)遙感技術(shù)手段，采用現(xiàn)狀年TM衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)(比例尺1∶10萬(wàn))，應(yīng)用計(jì)算機(jī)人機(jī)交互式解譯，監(jiān)測(cè)和調(diào)查研究工作區(qū)海岸帶環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)狀。結(jié)合(1979年、2003年和2010年左右)3期遙感數(shù)據(jù)解譯成果，根據(jù)需要對(duì)特殊信息進(jìn)行專題信息提取，掌握海岸帶變遷規(guī)律和地表覆被時(shí)空變化特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)海岸帶地質(zhì)環(huán)境的全面調(diào)查研究[2]。

1 遙感數(shù)據(jù)源選擇及預(yù)處理

1.1 數(shù)據(jù)源選擇

海岸帶遙感解譯的主要數(shù)據(jù)源選擇于LANDSAT衛(wèi)星系列的多光譜遙感數(shù)據(jù)，并充分收集與研究區(qū)相關(guān)的區(qū)域地質(zhì)、水文、農(nóng)業(yè)、海洋等相關(guān)資料。了解區(qū)域的自然條件和地質(zhì)背景，為海岸帶遙感解譯提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持和相關(guān)專家知識(shí)輔助。根據(jù)研究區(qū)的地理位置，該區(qū)現(xiàn)有時(shí)間序列觀測(cè)數(shù)據(jù)的獲取時(shí)間與軌道編號(hào)(表1)。從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中，挑選出數(shù)據(jù)質(zhì)量較高，受到云層干擾小，成像時(shí)間和季相較為一致的影像，對(duì)數(shù)據(jù)的預(yù)處理，為海岸帶遙感信息提取做好前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

表1 海岸帶衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

遙感數(shù)據(jù)是進(jìn)行遙感信息提取和分析的基礎(chǔ)，是進(jìn)行各種應(yīng)用的信息來(lái)源。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，多源的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)構(gòu)成了對(duì)地觀測(cè)的立體化網(wǎng)絡(luò)[3]。利用好遙感數(shù)據(jù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)預(yù)處理，遙感影像的預(yù)處理技術(shù)包括：幾何校正、輻射校正、云光、調(diào)色等。為此，本項(xiàng)目通過(guò)ENVI軟件和IDL函數(shù)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，設(shè)計(jì)并開發(fā)了遙感影像工廠化處理流程，實(shí)現(xiàn)了從解壓縮、波段合成、去云處理、影像鑲嵌和影像配準(zhǔn)的批處理[4]。

2 海岸帶專題信息提取

2.1 海岸線提取

在衛(wèi)星圖像上海岸線兩側(cè)的水體和陸地都因自身的多種屬性而顯現(xiàn)出光譜、紋理、空間關(guān)系的差異。在光譜域中，二者都有自身的連續(xù)性，差距明顯，但簡(jiǎn)單的光譜特征會(huì)導(dǎo)致大量的錯(cuò)分和漏分；在紋理域中，水體表現(xiàn)為更均一的同質(zhì)區(qū)域，其紋理比陸地更加細(xì)膩；空間關(guān)系中，由于水體和陸地都表現(xiàn)為連續(xù)的大片區(qū)域，所以可以對(duì)大片區(qū)域中的異質(zhì)小斑塊進(jìn)行填充移除?；谝陨蠋c(diǎn)，設(shè)計(jì)了海岸帶自動(dòng)提取流程。選取研究區(qū)的ETM+數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)大氣校正，通過(guò)分層分類和指數(shù)模型的相結(jié)合，通過(guò)構(gòu)建水體指數(shù)模型首先實(shí)現(xiàn)水域的提取，然后通過(guò)空間關(guān)系和設(shè)置閾值實(shí)現(xiàn)海水和陸地分離，精確的提取了各種類型的海岸線。

2.2 鹽田提取

鹽田在多光譜遙感影像上是屬于較難識(shí)別的一類地物類型，因?yàn)辂}田和海水、濱海魚塘、潟湖等在空間分布上很難區(qū)分。通過(guò)對(duì)鹽田水體的光譜特征分析發(fā)現(xiàn)，海水隨著鹽分的增加第三波段(紅波段)的光譜反射率增加。在曬鹽場(chǎng)，由于海水的蒸發(fā)，鹵水的鹽度越來(lái)越高，最后出現(xiàn)結(jié)晶。故在水體指數(shù)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)構(gòu)建海水鹽分指數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)濱海鹽田的識(shí)別。

2.3 灘涂提取

首先從原始遙感影像上提取基準(zhǔn)地物，如：海水、河流、湖泊、海岸線等，得到一景只包含基準(zhǔn)地物的影像。用提取的基準(zhǔn)地物對(duì)影像進(jìn)行掩模操作，得到除基準(zhǔn)地物以外的其余部分影像，并對(duì)該部分影像依據(jù)光譜特征，進(jìn)行光譜特征聚類(如ISODATA)。然后，將聚類分類結(jié)果與基準(zhǔn)地物層合并，得到整景影像的一個(gè)粗分類結(jié)果。進(jìn)而，在粗分類影像基礎(chǔ)上再利用地物的空間鄰接關(guān)系，搜索與基準(zhǔn)地物鄰接的目標(biāo)地物并確定其分布范圍，并依據(jù)目標(biāo)地物的搜索范圍來(lái)確定各地類的實(shí)際分布并作相應(yīng)的修正，從而得到一個(gè)更貼合實(shí)際、精度更高的分類結(jié)果。

2.4 河流提取

在遙感影像上，河流一方面具有水體光譜特征的共性，河流與地表背景之間光譜反差明顯，邊界清晰，局部單元內(nèi)的河流水體具有光譜相似性，易聚集成斑塊狀；另一方面，不同的流域環(huán)境下的河流水體(如渾濁度、懸浮物、冰凍、植被)具有較大的光譜差異，且很多支流河道寬度不足一個(gè)像元，在遙感影像上表現(xiàn)為混合像元，相對(duì)于背景光譜信息，河流光譜信息顯得較弱。該次綜合考慮河流在空間分布及影像光譜表現(xiàn)特征，根據(jù)“全域-局部”分步迭代思想，設(shè)計(jì)了DEM的輔助下圖譜迭代反饋機(jī)制算法，通過(guò)局部水體光譜指數(shù)特征閾值的自適應(yīng)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)河道水體的自動(dòng)提取。

3 海岸帶環(huán)境地質(zhì)遙感制圖與分析

3.1 海岸線提取與分析

研究區(qū)的海岸線變遷過(guò)程見(jiàn)圖1，底圖為1979年衛(wèi)星影像圖。從圖中可以看出，由于海水的侵蝕，該區(qū)海岸線在整體上向內(nèi)陸退縮，局部地區(qū)人工修筑港口除外。其中初期(1976—2003年)蝕退較快，以后(2003—2010)逐漸減緩，以至達(dá)到暫時(shí)平衡狀態(tài)。1976—2003年海岸線侵蝕變化最為顯著。

圖1 研究區(qū)海岸線變遷圖

3.2 鹽田提取與分析

研究區(qū)鹽田遙感監(jiān)測(cè)圖見(jiàn)圖2和圖3。通過(guò)存檔多源遙感影像監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)：該區(qū)域的鹽田主要是近年來(lái)增加的。在1979年該區(qū)域幾乎沒(méi)有鹽田分布，2002年該區(qū)域分布有一些零星的鹽田，2010年該區(qū)域的鹽田分布陡然增多。通過(guò)鹽田面積統(tǒng)計(jì)，2002年區(qū)域鹽田分布面積為51.7km2，2010年區(qū)域鹽田分布面積為238.2km2，可以看出區(qū)內(nèi)鹽田分布近年來(lái)有陡然增加的趨勢(shì)。

圖2 研究區(qū)2002年鹽田分布圖

圖3 研究區(qū)2010年鹽田分布圖

3.3 地表覆被遙感分類與分析

通過(guò)遙感技術(shù)手段，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，完成了研究區(qū)1979年、2002年和2010年的地表覆被遙感分類。遙感解譯成果分別見(jiàn)圖4、圖5和圖6。通過(guò)3個(gè)時(shí)期的遙感分類圖的分析研究[5]，可以明顯看出，在最近幾十年研究區(qū)海岸帶地表覆被類型發(fā)生了顯著的改變。各種地表覆被類型發(fā)生的變化不同(表2)，其中河流濕地發(fā)生了減少，湖泊濕地發(fā)生了增加，沼澤濕地發(fā)生了銳減，河口三角洲發(fā)生銳減，潮間帶發(fā)生增加，城鎮(zhèn)用地發(fā)生了增加，區(qū)域鹽田和水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)從無(wú)到有等。

圖4 1979年研究區(qū)地表覆被遙感分類圖

圖5 2002年研究區(qū)地表覆被遙感分類圖

圖6 2010年研究區(qū)地表覆被遙感分類圖

年份河流濕地湖泊濕地沼澤濕地鹽田面積養(yǎng)殖場(chǎng)城鎮(zhèn)用地河口三角洲潮間帶淺海水域197939.375551.563108314.9341001.368238232.70439.046146586.1153200227.8265119.374949.8536251.72397305.86611.816144130.977775.19013527.9654201035.0085144.53282113.298238.209132.718113.6837451.3256516.31312434.9998

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)遙感技術(shù)及相關(guān)分析，基本查明了研究區(qū)海岸帶在1979—2010年內(nèi)地質(zhì)環(huán)境變化情況，該區(qū)海岸線在整體上向內(nèi)陸退縮，鹽田分布近年來(lái)有陡然增加的趨勢(shì)，地表覆被類型發(fā)生了顯著的改變，但各種地表覆被類型發(fā)生的變化不同。利用先進(jìn)的遙感技術(shù)方法，掌握了研究區(qū)海岸帶變遷規(guī)律和地表覆被時(shí)空變化特征，完成了該區(qū)復(fù)雜海岸帶的環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作，取得了良好的效果。用遙感技術(shù)做海岸帶環(huán)境地質(zhì)調(diào)查可以節(jié)省大量的財(cái)力和物力，值得在以后的工作中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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