基于遙感的渭河干流變化監(jiān)測

朱陳明，馬馳，李發(fā)紅，張寧麗

（國家測繪局第一航測遙感院，陜西 西安 710054）

1 引 言

渭河流域不僅是陜西經(jīng)濟最為發(fā)達的地區(qū)，而且在西部地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位和作用。渭河作為黃河的第一大支流，橫貫整個關(guān)中平原。許多年來，她給兩岸人民帶來無數(shù)快樂，同時也有過嚴重的水患災(zāi)難。近幾年，陜西省人民政府高度重視渭河綜合治理工作，把渭河整治目標(biāo)提升為“將渭河打造成貫通關(guān)中東西最大的生態(tài)公園、最美的景觀長廊、最長的濱河大道”，渭河及兩岸的環(huán)境正在發(fā)生著巨大變化。根據(jù)國家測繪地理信息局與陜西省地理國情監(jiān)測試點任務(wù)安排，國家測繪局第一航測遙感院充分利用遙感技術(shù)［1，2］，完成了2012年渭河干流綜合治理監(jiān)測試點項目。項目得到了3期遙感影像的解譯成果數(shù)據(jù)，并對這些成果數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和比較，重點分析了渭河干流西安－咸陽段沿渭兩岸交通、堤防工程、備防石設(shè)施、景觀建設(shè)、濕地演變、地表覆蓋及周邊環(huán)境信息變化情況，探討了產(chǎn)生這種變化的自然和社會原因及其對人類社會發(fā)展的影響。

2 項目要求

渭河干流綜合治理監(jiān)測試點項目監(jiān)測范圍是渭河干流咸陽隴海鐵路大橋－西安西禹高速渭河大橋（長38km，寬3km）區(qū)域，任務(wù)是利用多期遙感影像對監(jiān)測范圍內(nèi)的地形及地物要素變化進行監(jiān)測，分析堤防、景觀工程建設(shè)進展及周邊環(huán)境變化情況。

試點工作通過不同分辨率，不同色彩的多種遙感影像對地表地類進行解譯，完成了2002年、2009年、2012年3期遙感影像的地表覆蓋及水利設(shè)施現(xiàn)狀數(shù)據(jù)制作。并對2002年與2009年、2009年與2012年地表覆蓋一、二級地類現(xiàn)狀面積及面積變化量、堤防長度及長度變化量進行統(tǒng)計，另外對跨河大橋、沿河堤防附屬設(shè)施備防石、景觀建設(shè)、涇渭濕地等變化信息進行統(tǒng)計和分析。

2.1 遙感影像數(shù)據(jù)源

本次試點選用了4種遙感影像對區(qū)域內(nèi)地表覆蓋、堤防工程、景觀建設(shè)等信息進行監(jiān)測。遙感影像基本情況如表1所示。

表1 遙感影像基本參數(shù)

2.2 地表分類標(biāo)準及數(shù)學(xué)精度

2.2.1 圖斑分類標(biāo)準

本項目遙感信息圖斑提取包括地表覆蓋和重點監(jiān)測內(nèi)容（含防洪工程、沙場分布、景觀建設(shè)等）共8大類，圖斑提取表示到二級地類。

2.2.2 平面精度

圖斑的平面位置誤差明顯界線與DOM上同名地物的移位不得大于圖上0.3mm，不明顯界線不得大于圖上1.0mm。

2.2.3 屬性精度

地表覆蓋信息中字段名、字段類別、字段長、字段順序不得有誤；居民地、水系的屬性精度不得低于95%，其他地物的屬性精度不得低于90%。

2.3 監(jiān)測成果統(tǒng)計內(nèi)容和指標(biāo)規(guī)定

2.3.1 地表覆蓋

（1）按一級分類對地類圖斑的位置、面積及地類變化流向進行統(tǒng)計，統(tǒng)計內(nèi)容包括：農(nóng)地、林地、草地、園地、水域及水利設(shè)施用地、居民地與設(shè)施、荒漠與裸露地、交通運輸用地的變化信息。

（2）對水域及水利設(shè)施用地和居民地再按二級分類進行統(tǒng)計，統(tǒng)計內(nèi)容包括：河流、湖泊、水庫、坑塘、溝渠、灘地、沼澤地、堤防水工建筑用地、沙場沙堆灘地障礙，城鎮(zhèn)居民地、農(nóng)村居民地、工礦用地、城市綠地和公園、風(fēng)景名勝設(shè)施、特殊用地、景觀建設(shè)的變化信息。重點統(tǒng)計分析堤防、堤壩、景觀、水上設(shè)施的變化面積。

2.3.2 重要水利設(shè)施

對重要水利設(shè)施要素的長度、寬度、構(gòu)筑材料、數(shù)量和變化率、原設(shè)施的擴建、改建情況等進行統(tǒng)計。

2.3.3 涇渭濕地保護區(qū)

按一級地類分類標(biāo)準對地類圖斑的位置、面積及地類變化流向進行統(tǒng)計。

3 監(jiān)測方法

3.1 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)收集和加工處理

收集2002年、2009年、2012年3期遙感影像數(shù)據(jù)，獲取最新的低空無人機數(shù)碼影像及無人機低空攝像視頻數(shù)據(jù)，2002年、2009年2期地形圖等相關(guān)資料，并對收集的數(shù)據(jù)成果及資料進行分析和加工處理，用于提取渭河干流的主要要素及變化分析。

3.2 影像信息判讀解譯

通過影像判讀解譯技術(shù)［3］對多期影像的地表覆蓋信息和重要的水利設(shè)施、濕地信息等要素按要求進行采集，得到監(jiān)測區(qū)域的本底信息和監(jiān)測信息，并對提取的本底和監(jiān)測信息進行核查和確認。

3.3 渭河干流地表變化分類統(tǒng)計及分布圖表制作

把2002年遙感影像解譯成果作為基礎(chǔ)底圖分別與2009年、2012年遙感影像解譯數(shù)據(jù)成果進行整合、疊加、比較，結(jié)合水利專題要素成果對干流地形、地表變化信息進行分類統(tǒng)計，制作不同時間序列的渭河干流土地利用現(xiàn)狀分布及變化圖、河流河道主要要素變化統(tǒng)計表、河面建筑（橋梁、管線、攔水、堤防等人工設(shè)施）現(xiàn)狀分布圖。

3.4 監(jiān)測渭河干流整治工程進展情況

本次試點工作的任務(wù)除對地表變化監(jiān)測外主要對渭河干流綜合治理工程建設(shè)進展情況進行監(jiān)測，按照渭河流域管理局確定的渭河治理重點區(qū)域，按設(shè)計的監(jiān)測周期對渭河干流獲取高分辨率遙感影像。通過影像糾正、融合及影像解譯等技術(shù)得到最近1期渭河堤防、河道、蓄滯洪區(qū)等防洪工程建設(shè)進展，灘區(qū)清障整理工程進展，河灘地退耕還河進展，堤岸綠化、水面景觀、濱河公園以及沿渭河大堤外各1.5km經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)帶內(nèi)設(shè)施農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、生態(tài)湖泊等建設(shè)現(xiàn)狀影像信息，并與前期遙感影像成果進行比對，監(jiān)測渭河干流整治工程進展效果。

4 監(jiān)測成果統(tǒng)計與分析

通過本次試驗獲取了3期（2002年、2009年、2012年）數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)和影像地表覆蓋及水利設(shè)施解譯現(xiàn)狀數(shù)據(jù)成果；并按二級地表分類統(tǒng)計2002年與2009年、2009年與2012年各類地表覆蓋面積等，得到地表覆蓋及水利設(shè)施變化信息成果。下面就堤防工程建設(shè)、景觀建設(shè)、防汛設(shè)施備防石工程、跨河橋梁、涇渭濕地、地表覆蓋等信息進行重點統(tǒng)計與分析。

4.1 堤防工程建設(shè)信息統(tǒng)計分析

利用3期地表覆蓋及水利設(shè)施影像解譯的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)統(tǒng)計渭河西咸段監(jiān)測區(qū)域38km堤防工程信息。新建堤壩長度、拓寬堤壩長度如表2所示，堤壩寬度如表3所示。

表2 相鄰兩期新建堤壩長度、拓寬堤壩長度

表3 三期堤壩寬度

分析可知：2009年相對2002年堤壩長度增加了5.74km，2012年相對2009年堤壩長度增加了7.2km；2009年相對2002年拓寬了堤壩長度19.4km，寬度由6m～12m變?yōu)?m～36m，2012年相對2009年拓寬了堤壩長度19.7km，寬度由6m～36m變?yōu)?m～50m。

4.2 景觀建設(shè)信息統(tǒng)計分析

通過3期地表覆蓋及水利設(shè)施影像解譯的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，統(tǒng)計渭河西咸段監(jiān)測區(qū)域38km景觀建設(shè)信息，景觀工程面積如表4所示。

表4 三期景觀建設(shè)面積

分析可知：2002年景觀建設(shè)面積為0，2009年相對2002年景觀建設(shè)面積增加了0.02km2；2012年相對2009年景觀建設(shè)面積增加了3.98km2。

4.3 防汛設(shè)施備防石信息統(tǒng)計分析

利用地表覆蓋及水利設(shè)施3期影像解譯現(xiàn)狀數(shù)據(jù)統(tǒng)計渭河西咸段監(jiān)測區(qū)域38km防汛設(shè)施信息，備防石數(shù)量及體積如表5所示。

表5 三期備防石信息數(shù)據(jù)

分析可知：2002年、2009年、2012年渭河西咸段防汛設(shè)施備防石數(shù)量和體積在不斷增加。2009年相對2002年數(shù)量增加了177處，體積增加了13725m3；2012年相對2009年增加了67處，體積增加了6 030m3。

4.4 跨河橋梁信息統(tǒng)計分析

利用3期地表覆蓋及水利設(shè)施影像解譯的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，統(tǒng)計渭河西咸段監(jiān)測區(qū)域38km跨河橋梁信息，公路大橋和鐵路大橋數(shù)量如表6所示。

表6 三期跨河橋梁數(shù)量

2009年相對2002年鐵路橋增加了2座，公路橋增加了4座；2012年相對2009年鐵路橋未變化，公路橋增加了2座。

4.5 涇渭濕地信息統(tǒng)計分析

（1）監(jiān)測區(qū)域濕地面積共16.87km2，其中河道濕地區(qū)域沙場、砂堆、采砂置留障礙物面積統(tǒng)計如表7所示。

表7 涇渭濕地障礙物面積

2009年相對2002年7年時間涇渭濕地區(qū)域沙場、砂堆、采砂置留障礙物面積增加了2.2km2；2012年相對2009年，3年時間涇渭濕地區(qū)域沙場、砂堆、采砂置留障礙物面積增加了4km2。

（2）對涇渭濕地范圍內(nèi)的地表覆蓋信息按一級地類進行面積統(tǒng)計［4］。2002年、2009年、2012年涇渭濕地地類面積及變化統(tǒng)計如表8所示。

表8 涇渭濕地一級地類面積及相鄰兩期面積變化量

分析相鄰兩期影像地類面積及變化可知：農(nóng)地面積在逐期減少，水域及水利設(shè)施用地面積在逐期增加（主要是沙場、砂堆、采砂置留障礙物面積在逐期增加）。

4.6 試點區(qū)域地表覆蓋信息統(tǒng)計分析

對西咸段相鄰兩期地表覆蓋的地類面積統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可知：監(jiān)測區(qū)域農(nóng)地面積在逐期減少，居民地、交通、水利設(shè)施用地在逐期增加，林地、草地、園地、荒漠與裸露地面積有增有減，無明顯的變化規(guī)律。

5 監(jiān)測信息變化原因分析

5.1 堤防工程建設(shè)

近年來，渭河一年一小災(zāi)，四年一大災(zāi)，特別是渭河下游段更為頻繁。在渭河綜合治理項目中堤防工程建設(shè)得到相關(guān)政府部門的高度關(guān)注，新建設(shè)的防汛大堤較以前得到了有效加固，如對沿河堤岸進行了加長、拓寬和增高，將大堤防汛能力提高到百年一遇水平等。另外防汛大堤同時兼顧沿河公路的功能，這有力地拉動了這兩座城市渭河沿岸旅游事業(yè)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展。

5.2 景觀建設(shè)

渭河綜合治理規(guī)劃已經(jīng)明確：要把渭河城市段打造成“渭河生態(tài)水公園”、農(nóng)防段建成“綠色生態(tài)景觀帶”的模式。2011年以來渭河兩岸景觀建設(shè)速度在不斷加快，建設(shè)取得了明顯的效果，現(xiàn)已初步形成了人與自然環(huán)境的和諧相處。

5.3 防汛設(shè)施備防石工程

渭河汛期每年常出現(xiàn)在7月～8月，在汛期來臨前需逐一排查防汛大堤隱患，還要特別檢查兩岸堤壩工程中是否準備足夠多備防石，以防大堤出現(xiàn)意外。對易發(fā)生決堤河段要將備防石提前足量按要求放置在堤壩旁備用。

5.4 涇渭濕地

引起涇渭濕地環(huán)境變化的因素較多，如氣候、水資源、水利工程建設(shè)、人類社會活動等，變化的自然環(huán)境和社會經(jīng)濟環(huán)境對濕地產(chǎn)生了巨大的影響，導(dǎo)致濕地結(jié)構(gòu)發(fā)生了不合理演變，濕地功能不斷退化。人口增加和經(jīng)濟發(fā)展不斷激化人的矛盾［5］，涇渭濕地大興水利建設(shè)、圍湖造田、大片濕地和耕地用于企業(yè)廠房和居民小區(qū)開發(fā)建設(shè)，再加上近年來人們瘋狂挖沙，短短的10年時間，使?jié)竦孛娣e急劇減少。另外，非法挖沙使涇渭濕地表面的植被遭到毀滅性的破壞，濕地涵養(yǎng)水源功能隨即消失。涇渭濕地保護工作形勢更趨嚴峻。

5.5 地表覆蓋

經(jīng)濟的發(fā)展、沿河城市人口數(shù)量的增加、地下水位的下降、渭河綜合治理工程的開展給渭河及周邊地表覆蓋帶來了非常明顯的變化。河灘亂挖、亂建沙場，圍灘造田嚴重影響到渭河自然地表覆蓋正常環(huán)境，妨礙了渭河防汛功能。另外堤岸綠化、水面景觀、濱河公園、防汛工程、景觀帶建設(shè)雖然侵占了農(nóng)田耕地但也積極地改善了沿渭兩岸的地表環(huán)境，為人們提供了一個舒心、安逸、休閑的生態(tài)、生活社會環(huán)境［6］。

6 結(jié) 語

渭河監(jiān)測試點項目充分利用了遙感影像解譯技術(shù)，完成了高分辨率彩色遙感影像的相關(guān)信息解譯判讀，解譯成果通過野外實地核查可信度高于95%，達到了本次試點設(shè)計規(guī)定的要求。試點項目獲得的監(jiān)測成果將為政府部門開展渭河綜合治理工作提供及時可靠的地理信息和監(jiān)測服務(wù)。

［1］ 鄧良基.遙感基礎(chǔ)與應(yīng)用［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2002.

［2］ 孫立新，羅高平，張怡梅.遙感影像分類的歸類學(xué)習(xí)方法［J］.測繪工程，1998（3）：39－43，49.

［3］ 梅安新，彭望琭，秦其明，等.遙感導(dǎo)論［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［4］ 倪紹祥.土地類型與土地評價概論［M］.北京：高等教育出版社，2003.

［5］ 范澤孟，頡耀文.基于RS與GIS技術(shù)的城郊土地利用現(xiàn)狀調(diào)查和動態(tài)監(jiān)測分析——以蘭州市西固區(qū)為例 ［J］.蘭州大學(xué)學(xué)報，2002（4）：118－122.

［6］ 王禮育，羅丹.從遙感圖像看珠江口門規(guī)劃治理效果［J］.人民珠江，2000（3）：39－41.