圍填海遙感監(jiān)測(cè)方法研究

徐進(jìn)勇，張?jiān)鱿?，趙曉麗，汪 瀟，溫慶可，左麗君

(1. 中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所，北京 100101； 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

一、引 言

隨著沿海地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的迅速增加，對(duì)土地的需求增長(zhǎng)強(qiáng)烈，土地儲(chǔ)備已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足發(fā)展需求，除加大對(duì)存量建設(shè)用地的挖潛力度，提高土地資源集約利用水平外，圍填海已成為沿海地區(qū)解決土地資源緊缺問題的重要途徑[1]。實(shí)踐證明，科學(xué)合理的圍填海對(duì)于緩解沿海地區(qū)人地矛盾、推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，可產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。但是大規(guī)模的圍填海是一種嚴(yán)重改變海域自然屬性的用海行為，違背客觀自然規(guī)律的無序圍填海必然帶來一系列嚴(yán)重的資源、環(huán)境、社會(huì)問題，如使近岸漁業(yè)資源衰竭、使近海海域生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞、使海洋環(huán)境污染加劇等[2]。

針對(duì)一些地區(qū)圍填海規(guī)模增長(zhǎng)過快、海岸和近岸海域資源利用粗放、局部海域生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重、防災(zāi)減災(zāi)能力明顯降低等問題，國(guó)家近期相繼出臺(tái)了相關(guān)政策加以規(guī)范圍填海活動(dòng)。為確保海域資源的可持續(xù)利用，要求實(shí)施圍填海年度計(jì)劃管理，嚴(yán)格規(guī)范計(jì)劃指標(biāo)的使用；切實(shí)加強(qiáng)圍填海規(guī)劃計(jì)劃執(zhí)行情況的監(jiān)督檢查，重點(diǎn)對(duì)圍填海項(xiàng)目選址是否符合海洋功能區(qū)劃、圍填海用途及面積是否符合批準(zhǔn)的計(jì)劃指標(biāo)等進(jìn)行監(jiān)管。因此，實(shí)現(xiàn)圍填海造地的實(shí)時(shí)和適時(shí)宏觀監(jiān)測(cè)，掌握圍填海的時(shí)空分布信息和動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，對(duì)國(guó)家圍填海規(guī)劃計(jì)劃執(zhí)行的監(jiān)督與管理任務(wù)顯得尤為重要[3]。

遙感具有宏觀、快速、多時(shí)相獲取地表信息的優(yōu)點(diǎn)。利用遙感和GIS技術(shù)，能夠?qū)詈Ｐ畔⑦M(jìn)行快速提取，在一定程度上能夠解決圍填海實(shí)地調(diào)查難的問題，能夠?qū)詈＿M(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以便廣泛、及時(shí)地掌握圍填海的變化過程及存在的問題。

雖然已經(jīng)出現(xiàn)了一些圍填海遙感提取方法，但是缺乏圍填海用途的遙感分類體系，并且提取方法復(fù)雜，對(duì)于不同衛(wèi)星影像、不同海域環(huán)境、不同類型圍填海目標(biāo)的提取規(guī)則不一，還沒有被業(yè)務(wù)部門作為日常監(jiān)測(cè)的技術(shù)來使用。本文依據(jù)“908”專項(xiàng)的海域使用分類體系，基于圍填海類型在HJ-1 CCD衛(wèi)星影像上的分布特征，建立了中分辨率多光譜衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成影像關(guān)于圍填海遙感分類系統(tǒng)和相應(yīng)圍填海類型的解譯標(biāo)志，提出了圍填海遙感信息提取的技術(shù)流程。

二、數(shù)據(jù)源

本文基于HJ-1 CCD標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成影像建立了圍填海遙感解譯標(biāo)志。HJ-1 CCD的可見光與近紅外波段空間分辨率為30 m，能夠滿足1∶10萬比例尺土地利用遙感制圖。首先將所有HJ-1 CCD分波段衛(wèi)星影像按照近紅外、紅、綠3個(gè)波段的組合順序進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)假彩色影像合成；然后將HJ-1 CCD標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成影像對(duì)照1∶10萬比例尺地形圖進(jìn)行幾何精糾正，要求前后兩期衛(wèi)星影像上同名地物點(diǎn)的平面位置偏移小于0.5個(gè)像元。

本文使用的輔助數(shù)據(jù)主要包括外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃圖、海岸線矢量專題圖、1∶10萬比例尺地形圖，以及Google Earth高分辨率遙感影像，并且搜集了有關(guān)海岸帶工程規(guī)劃圖件等資料。

三、圍填海分類系統(tǒng)及解譯標(biāo)志建立

“908”專項(xiàng)關(guān)于圍填海的定義為：在沿海筑堤圍割灘涂和港灣并填成土地的工程用海?！?08”專項(xiàng)參照《海籍調(diào)查規(guī)程》(HY/T 124—2009)將海域使用類型劃分為9個(gè)一級(jí)類、25個(gè)二級(jí)類[4]，涉及的主要圍填海類型包括港口建設(shè)用海、城鎮(zhèn)建設(shè)用海、圍墾用海、圍海養(yǎng)殖、鹽田用海等。

本文基于相關(guān)圍填海用海類型的“908”定義及其在TM衛(wèi)星影像上的地物類型可分性，制定了圍填海的遙感分類體系。依據(jù)在HJ-1 CCD標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成影像上各種圍填海類型的色調(diào)、紋理、形狀及空間組合等圖像特征的差異，制定圍填海遙感解譯標(biāo)志(見表1、圖1)。

表1 圍填海用地在HJ-1 CCD 標(biāo)準(zhǔn)假彩色影像上的遙感解譯標(biāo)志

圖1 HJ-1 CCD標(biāo)準(zhǔn)假彩色影像上圍填海解譯標(biāo)志示例

四、圍填海遙感解譯技術(shù)流程

一般的，海岸線動(dòng)態(tài)能反映部分圍填海空間分布信息，這部分圍填海的內(nèi)邊界線為圍海前的海岸線，側(cè)邊界線和外邊界線按圍海后的邊緣提??；對(duì)于處于海岸線以下獨(dú)立存在于海涂和海面上的島狀圍填海信息，按圍海的具體邊界提取。因此，本文基于兩期沿海衛(wèi)星遙感影像和ArcInfo軟件平臺(tái)，先開展圍海前后兩期的海岸線遙感解譯，在提取海岸線遙感動(dòng)態(tài)范圍的基礎(chǔ)上，基于圍填海定義和解譯標(biāo)志，選取與圍填海有關(guān)的海岸線動(dòng)態(tài)范圍，修改并增加相應(yīng)的圍填海類型屬性；然后增加在海涂或海面上獨(dú)立分布的島狀圍填海信息，從而實(shí)現(xiàn)圍填海信息的遙感提取?？傮w技術(shù)路線主要包括資料收集(衛(wèi)星影像、地形圖、行政區(qū)劃圖、沿海工程規(guī)劃圖等)、影像幾何精糾正、外業(yè)調(diào)查、海岸線和圍填海信息遙感解譯、質(zhì)量檢查與修改、數(shù)據(jù)集成、結(jié)果分析等步驟(如圖2所示)。海岸線類型劃分為人工岸線、砂質(zhì)岸線、粉砂淤泥質(zhì)岸線、基巖岸線和生物岸線，具體可參考孫偉富等關(guān)于不同類型海岸線遙感解譯標(biāo)志建立和提取方法的研究[5]。

圖2 圍填海遙感監(jiān)測(cè)總體技術(shù)流程圖

五、應(yīng)用舉例

本文基于2000年河北省海岸線和2012年9月30日一幅HJ-1 CCD衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)假彩色影像，對(duì)河北省2000—2012年曹妃甸新區(qū)和灤河口的圍填海范圍作了遙感提取。

曹妃甸新區(qū)位于唐山市南部沿海、渤海灣中心地帶，具有建設(shè)大型深水港口、發(fā)展現(xiàn)代臨港產(chǎn)業(yè)得天獨(dú)厚的條件，是河北沿海經(jīng)濟(jì)帶的龍頭和河北未來發(fā)展的重要增長(zhǎng)極，在全國(guó)生產(chǎn)力布局中占有十分重要的位置，被列入國(guó)家“十一五”規(guī)劃和國(guó)家首批循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)。根據(jù)遙感提取結(jié)果，2000—2010年曹妃甸新區(qū)港口用海面積258.80 km2，如不計(jì)航道、港池等圍海面積，則截至2012年9月曹妃甸實(shí)際填海面積209.85 km2(如圖3所示)，與媒體公開報(bào)道的數(shù)據(jù)210 km2十分接近[6]。

圖3 2000—2012年曹妃甸新區(qū)港口用海范圍(影像獲取時(shí)間：2012-09-30)

灤河是河北省最大的河流，東流入渤海，灤河口位于渤海西北平直海岸的中部，開口朝東偏北。灤河口漁場(chǎng)位于灤河口外，是中國(guó)對(duì)蝦(東方對(duì)蝦)的棲息、生長(zhǎng)、繁殖的良好水域，氣候、海水溫度、鹽度也均適宜對(duì)蝦生長(zhǎng)，沿海低值雜魚蝦及蟹貝等餌料資源又較豐富[7]。根據(jù)遙感提取結(jié)果，2000—2010年灤河口新增圍海養(yǎng)殖面積29.21 km2(如圖4所示)。

圖4 2000—2012年灤河口圍海養(yǎng)殖范圍(影像獲取時(shí)間：2012-09-30)

六、結(jié)束語

遙感技術(shù)具有大范圍同步、成本低、時(shí)效性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)圍填海信息的快速提取，有效解決了圍填海實(shí)地勘察費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問題。本文依據(jù)“908”專項(xiàng)的海域使用分類體系，并且基于各種圍填海類型在HJ-1 CCD衛(wèi)星影像上的分布特征，建立了中分辨率多光譜衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成影像關(guān)于圍填海遙感分類系統(tǒng)和相應(yīng)圍填海類型的解譯標(biāo)志；提出了圍填海遙感信息提取的技術(shù)流程。對(duì)2000—2012年河北省曹妃甸新區(qū)和灤河口的圍填海作了遙感提取。與已公開報(bào)道數(shù)據(jù)比較，圍填海遙感提取結(jié)果是準(zhǔn)確可信的。

CEBERS CCD、Landsat TM、北京一號(hào)小衛(wèi)星等影像數(shù)據(jù)與HJ-1 CCD衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)空間分辨率相近，均能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成，實(shí)踐驗(yàn)證也可以參照本文方法實(shí)現(xiàn)圍填海信息的遙感解譯與提取。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 孫偉富，馬毅，張杰，等.不同類型海岸線遙感解譯標(biāo)志建立和提取方法研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2011(3)：41-44.

[6] 新華網(wǎng).十年“長(zhǎng)大”50倍的沙島巨變[EB/OL]. [2012-10-24].http:∥news.xinhuanet.com/photo/2012-10/24/c_123866179.htm.

[7] 高士平，宇文會(huì)娟，徐全洪.灤河三角洲經(jīng)濟(jì)開發(fā)分析[J].中國(guó)經(jīng)貿(mào)導(dǎo)刊，2009(22)：90.