遙感技術在海岸帶環境地質調查中的應用
——以山東省沾化縣北部沿海地區為例

戚樹發，呂寶平，姚春梅

(1.煙臺市地質環境監測站，山東 煙臺 264003；2.山東省地質環境監測總站，山東 濟南 250013)

研究區位于山東省濱州市沾化縣北部，屬于魯西北海積平原區，北部瀕海，陸地地形以平原為主，總的地形南高北低。區內人類活動(開采石油、鹵水，建造鹽田等)對海岸帶地質環境有一定的影響。針對海岸帶地質環境條件復雜、通達性較差且人工調查困難等現狀[1]，該次通過遙感技術手段，采用現狀年TM衛星影像數據(比例尺1∶10萬)，應用計算機人機交互式解譯，監測和調查研究工作區海岸帶環境地質現狀。結合(1979年、2003年和2010年左右)3期遙感數據解譯成果，根據需要對特殊信息進行專題信息提取，掌握海岸帶變遷規律和地表覆被時空變化特征，實現對海岸帶地質環境的全面調查研究[2]。

1 遙感數據源選擇及預處理

1.1 數據源選擇

海岸帶遙感解譯的主要數據源選擇于LANDSAT衛星系列的多光譜遙感數據，并充分收集與研究區相關的區域地質、水文、農業、海洋等相關資料。了解區域的自然條件和地質背景，為海岸帶遙感解譯提供基礎數據支持和相關專家知識輔助。根據研究區的地理位置，該區現有時間序列觀測數據的獲取時間與軌道編號(表1)。從現有的數據中，挑選出數據質量較高，受到云層干擾小，成像時間和季相較為一致的影像，對數據的預處理，為海岸帶遙感信息提取做好前期數據準備。

表1 海岸帶衛星遙感影像數據

1.2 數據預處理

遙感數據是進行遙感信息提取和分析的基礎，是進行各種應用的信息來源。隨著遙感技術的發展，多源的衛星遙感數據構成了對地觀測的立體化網絡[3]。利用好遙感數據的關鍵在于數據預處理，遙感影像的預處理技術包括：幾何校正、輻射校正、云光、調色等。為此，本項目通過ENVI軟件和IDL函數動態鏈接庫，設計并開發了遙感影像工廠化處理流程，實現了從解壓縮、波段合成、去云處理、影像鑲嵌和影像配準的批處理[4]。

2 海岸帶專題信息提取

2.1 海岸線提取

在衛星圖像上海岸線兩側的水體和陸地都因自身的多種屬性而顯現出光譜、紋理、空間關系的差異。在光譜域中，二者都有自身的連續性，差距明顯，但簡單的光譜特征會導致大量的錯分和漏分；在紋理域中，水體表現為更均一的同質區域，其紋理比陸地更加細膩；空間關系中，由于水體和陸地都表現為連續的大片區域，所以可以對大片區域中的異質小斑塊進行填充移除。基于以上幾點，設計了海岸帶自動提取流程。選取研究區的ETM+數據，經過大氣校正，通過分層分類和指數模型的相結合，通過構建水體指數模型首先實現水域的提取，然后通過空間關系和設置閾值實現海水和陸地分離，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別的一類地物類型，因為鹽田和海水、濱海魚塘、潟湖等在空間分布上很難區分。通過對鹽田水體的光譜特征分析發現，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，由于海水的蒸發，鹵水的鹽度越來越高，最后出現結晶。故在水體指數的基礎之上，通過構建海水鹽分指數，可實現對濱海鹽田的識別。

2.3 灘涂提取

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

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像元，在遙感影像上表現為混合像元，相對于背景光譜信息，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特征，根據“全域-局部”分步迭代思想，設計了DEM的輔助下圖譜迭代反饋機制算法，通過局部水體光譜指數特征閾值的自適應的調整，實現河道水體的自動提取。

3 海岸帶環境地質遙感制圖與分析

3.1 海岸線提取與分析

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

圖1 研究區海岸線變遷圖

3.2 鹽田提取與分析

研究區鹽田遙感監測圖見圖2和圖3。通過存檔多源遙感影像監測發現：該區域的鹽田主要是近年來增加的。在1979年該區域幾乎沒有鹽田分布，2002年該區域分布有一些零星的鹽田，2010年該區域的鹽田分布陡然增多。通過鹽田面積統計，2002年區域鹽田分布面積為51.7km2，2010年區域鹽田分布面積為238.2km2，可以看出區內鹽田分布近年來有陡然增加的趨勢。

圖2 研究區2002年鹽田分布圖

圖3 研究區2010年鹽田分布圖

3.3 地表覆被遙感分類與分析

通過遙感技術手段，采用面向對象技術，完成了研究區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圖4、圖5和圖6。通過3個時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海岸帶地表覆被類型發生了顯著的改變。各種地表覆被類型發生的變化不同(表2)，其中河流濕地發生了減少，湖泊濕地發生了增加，沼澤濕地發生了銳減，河口三角洲發生銳減，潮間帶發生增加，城鎮用地發生了增加，區域鹽田和水產養殖場從無到有等。

圖4 1979年研究區地表覆被遙感分類圖

圖5 2002年研究區地表覆被遙感分類圖

圖6 2010年研究區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殖場城鎮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 結語

通過遙感技術及相關分析，基本查明了研究區海岸帶在1979—2010年內地質環境變化情況，該區海岸線在整體上向內陸退縮，鹽田分布近年來有陡然增加的趨勢，地表覆被類型發生了顯著的改變，但各種地表覆被類型發生的變化不同。利用先進的遙感技術方法，掌握了研究區海岸帶變遷規律和地表覆被時空變化特征，完成了該區復雜海岸帶的環境地質調查工作，取得了良好的效果。用遙感技術做海岸帶環境地質調查可以節省大量的財力和物力，值得在以后的工作中推廣應用。

參考文獻：

[1] 姜杰.遙感技術在海岸帶海洋地質環境綜合調查中的應用[J].海洋地質動態,2006,22(5):30-32.

[2] 夏真.海岸帶海洋地質環境綜合調查方法[J].地質通報,2005,24(6):570-575.

[3] 張巧蓮.對山東省遙感技術應用發展現狀的思考及建議[J].山東地質,2002,18(1):54-57.

[4] 李小娟,宮兆寧,劉曉萌,等.ENVI遙感影像處理教程[M].北京:中國環境科學出版社,2006:430-441.

[5] 韓金芳,張華平.遙感影像專題圖制作研究[J].山東國土資源,2010,26(10)：50-53.