圍填海遙感監測方法研究

徐進勇，張增祥，趙曉麗，汪 瀟，溫慶可，左麗君

(1. 中國科學院遙感與數字地球研究所，北京 100101； 2. 中國科學院大學，北京 100049)

一、引 言

隨著沿海地區社會經濟的快速發展和人口的迅速增加，對土地的需求增長強烈，土地儲備已遠遠不能滿足發展需求，除加大對存量建設用地的挖潛力度，提高土地資源集約利用水平外，圍填海已成為沿海地區解決土地資源緊缺問題的重要途徑[1]。實踐證明，科學合理的圍填海對于緩解沿海地區人地矛盾、推動社會經濟發展，具有十分重要的現實意義，可產生顯著的經濟和社會效益。但是大規模的圍填海是一種嚴重改變海域自然屬性的用海行為，違背客觀自然規律的無序圍填海必然帶來一系列嚴重的資源、環境、社會問題，如使近岸漁業資源衰竭、使近海海域生態系統遭到破壞、使海洋環境污染加劇等[2]。

針對一些地區圍填海規模增長過快、海岸和近岸海域資源利用粗放、局部海域生態環境破壞嚴重、防災減災能力明顯降低等問題，國家近期相繼出臺了相關政策加以規范圍填海活動。為確保海域資源的可持續利用，要求實施圍填海年度計劃管理，嚴格規范計劃指標的使用；切實加強圍填海規劃計劃執行情況的監督檢查，重點對圍填海項目選址是否符合海洋功能區劃、圍填海用途及面積是否符合批準的計劃指標等進行監管。因此，實現圍填海造地的實時和適時宏觀監測，掌握圍填海的時空分布信息和動態變化規律，對國家圍填海規劃計劃執行的監督與管理任務顯得尤為重要[3]。

遙感具有宏觀、快速、多時相獲取地表信息的優點。利用遙感和GIS技術，能夠對圍填海信息進行快速提取，在一定程度上能夠解決圍填海實地調查難的問題，能夠對圍填海進行動態監測，以便廣泛、及時地掌握圍填海的變化過程及存在的問題。

雖然已經出現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，并且提取方法復雜，對于不同衛星影像、不同海域環境、不同類型圍填海目標的提取規則不一，還沒有被業務部門作為日常監測的技術來使用。本文依據“908”專項的海域使用分類體系，基于圍填海類型在HJ-1 CCD衛星影像上的分布特征，建立了中分辨率多光譜衛星標準假彩色合成影像關于圍填海遙感分類系統和相應圍填海類型的解譯標志，提出了圍填海遙感信息提取的技術流程。

二、數據源

本文基于HJ-1 CCD標準假彩色合成影像建立了圍填海遙感解譯標志。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分波段衛星影像按照近紅外、紅、綠3個波段的組合順序進行標準假彩色影像合成；然后將HJ-1 CCD標準假彩色合成影像對照1∶10萬比例尺地形圖進行幾何精糾正，要求前后兩期衛星影像上同名地物點的平面位置偏移小于0.5個像元。

本文使用的輔助數據主要包括外業調查數據、行政區劃圖、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，并且搜集了有關海岸帶工程規劃圖件等資料。

三、圍填海分類系統及解譯標志建立

“908”專項關于圍填海的定義為：在沿海筑堤圍割灘涂和港灣并填成土地的工程用海。“908”專項參照《海籍調查規程》(HY/T 124—2009)將海域使用類型劃分為9個一級類、25個二級類[4]，涉及的主要圍填海類型包括港口建設用海、城鎮建設用海、圍墾用海、圍海養殖、鹽田用海等。

本文基于相關圍填海用海類型的“908”定義及其在TM衛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。依據在HJ-1 CCD標準假彩色合成影像上各種圍填海類型的色調、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志(見表1、圖1)。

表1 圍填海用地在HJ-1 CCD 標準假彩色影像上的遙感解譯標志

圖1 HJ-1 CCD標準假彩色影像上圍填海解譯標志示例

四、圍填海遙感解譯技術流程

一般的，海岸線動態能反映部分圍填海空間分布信息，這部分圍填海的內邊界線為圍海前的海岸線，側邊界線和外邊界線按圍海后的邊緣提取；對于處于海岸線以下獨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星遙感影像和ArcInfo軟件平臺，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態范圍的基礎上，基于圍填海定義和解譯標志，選取與圍填海有關的海岸線動態范圍，修改并增加相應的圍填海類型屬性；然后增加在海涂或海面上獨立分布的島狀圍填海信息，從而實現圍填海信息的遙感提取。總體技術路線主要包括資料收集(衛星影像、地形圖、行政區劃圖、沿海工程規劃圖等)、影像幾何精糾正、外業調查、海岸線和圍填海信息遙感解譯、質量檢查與修改、數據集成、結果分析等步驟(如圖2所示)。海岸線類型劃分為人工岸線、砂質岸線、粉砂淤泥質岸線、基巖岸線和生物岸線，具體可參考孫偉富等關于不同類型海岸線遙感解譯標志建立和提取方法的研究[5]。

圖2 圍填海遙感監測總體技術流程圖

五、應用舉例

本文基于2000年河北省海岸線和2012年9月30日一幅HJ-1 CCD衛星標準假彩色影像，對河北省2000—2012年曹妃甸新區和灤河口的圍填海范圍作了遙感提取。

曹妃甸新區位于唐山市南部沿海、渤海灣中心地帶，具有建設大型深水港口、發展現代臨港產業得天獨厚的條件，是河北沿海經濟帶的龍頭和河北未來發展的重要增長極，在全國生產力布局中占有十分重要的位置，被列入國家“十一五”規劃和國家首批循環經濟示范區。根據遙感提取結果，2000—2010年曹妃甸新區港口用海面積258.80 km2，如不計航道、港池等圍海面積，則截至2012年9月曹妃甸實際填海面積209.85 km2(如圖3所示)，與媒體公開報道的數據210 km2十分接近[6]。

圖3 2000—2012年曹妃甸新區港口用海范圍(影像獲取時間：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。灤河口漁場位于灤河口外，是中國對蝦(東方對蝦)的棲息、生長、繁殖的良好水域，氣候、海水溫度、鹽度也均適宜對蝦生長，沿海低值雜魚蝦及蟹貝等餌料資源又較豐富[7]。根據遙感提取結果，2000—2010年灤河口新增圍海養殖面積29.21 km2(如圖4所示)。

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

六、結束語

遙感技術具有大范圍同步、成本低、時效性強等優點，能夠實現圍填海信息的快速提取，有效解決了圍填海實地勘察費時費力的問題。本文依據“908”專項的海域使用分類體系，并且基于各種圍填海類型在HJ-1 CCD衛星影像上的分布特征，建立了中分辨率多光譜衛星標準假彩色合成影像關于圍填海遙感分類系統和相應圍填海類型的解譯標志；提出了圍填海遙感信息提取的技術流程。對2000—2012年河北省曹妃甸新區和灤河口的圍填海作了遙感提取。與已公開報道數據比較，圍填海遙感提取結果是準確可信的。

CEBERS CCD、Landsat TM、北京一號小衛星等影像數據與HJ-1 CCD衛星影像數據空間分辨率相近，均能實現標準假彩色合成，實踐驗證也可以參照本文方法實現圍填海信息的遙感解譯與提取。

參考文獻：

[1] 陳書全.關于加強我國圍填海工程環境管理的思考[J].海洋開發與管理，2009，26(9)：22-26.

[2] 劉偉，劉百橋.我國圍填海現狀、問題及調控對策[J].廣州環境科學，2008，23(2)：26-30.

[3] 李禺，李楊帆，朱曉東.廈門市填海造地的遙感PCA識別及其驅動機制研究[J].自然資源學報，2008，23(2)：161-169.

[4] 國家海洋局908專項辦公室.海域使用現狀調查技術規程[M].北京: 海洋出版社, 2005.

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

[6] 新華網.十年“長大”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，宇文會娟，徐全洪.灤河三角洲經濟開發分析[J].中國經貿導刊，2009(22)：90.