高分遙感數(shù)據(jù)在海島整治修復中的應用研究

鄧鐘 馬志勇

摘要

當前，遙感技術廣泛應用于海島監(jiān)測和識別，但在海島整治修復方面應用較少。隨著《海島保護法》頒布實施，海島整治修復受到政府重視，然而由于早期海島開發(fā)缺乏保護意識，一些海島遭受破壞，甚至滅失，加上海島現(xiàn)場調查資料嚴重缺失，給海島整治修復帶來困難。針對這種問題，該研究以福清市北青嶼為例，探索采用多時相高分遙感數(shù)據(jù)，分析海島開發(fā)前后資源環(huán)境變化情況，指導海島整治修復，并為我國類似情況海島整治修復提供參考。

關鍵詞多時相；高分遙感； 海島； 整治修復

中圖分類號S126；P237；P736.14文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）05-339-03

Study on Application of High Resolution Remote Sensing Data in Island Improvement and Restoration

DENG Zhong1，2， MA Zhi-Yong3

（1. Geographic Department of Minjiang University， Fuzhou， Fujian 350108； 2. Surveying Engineering Research Center of Fujian， Fuzhou， Fujian 350108； 3. Island Research Center， SOA， Pingtan， Fujian 350400）

AbstractAt present， remote sensing technology is widely used in island monitoring and identifying， but less used in island improvement and restoration. With the Island Protection Law of the People's Republic of China final action， the island improvement and restoration has been more emphasized heavily by government， while because of the lack of protection awareness at the early stage of the island development， some of the island is destroyed， and even disappeared， and a serious lack of island natural environment survey data， so that the island improvement and restoration became very difficult. Aiming at these problems， this paper takes Fuqing City Beiqing Island as an example， using multi temporal high resolution remote sensing data， the changes of the island resource environment before and after development were analyzed， and then according to these changes， guide the Beiqing island environment restoration， provide the reference for the similar island restoration in china.

Key words Multi-temporal； High-resolution Images； Island； Improvement and restoration

基金項目福建省教育廳資助項目（JB12151）； 福建省測繪地理信息局科技計劃項目“結合激光掃描技術的高分遙感滑坡泥石流災害監(jiān)測與評估方法研究”；福建省中青年教師教育科研項目（JA13249）。

作者簡介

鄧鐘（1975-），男，湖北黃梅人，副教授，博士，從事地理信息系統(tǒng)與遙感應用研究。

收稿日期2014-12-29

近10年來，遙感已廣泛應用于海島調查、識別和監(jiān)測，2009年，我國近海海洋綜合調查與評價專項（簡稱“908專項”）綜合運用天繪、QuickBird等衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展了海島調查。陳凌云等采用TM圖像研究廣西4個代表性島區(qū)的影像特征和識別方法[1]；黃建波綜合利用Landsat-5 TM、ASTER光學遙感數(shù)據(jù)和ERS SAR、RADARSAT SAR微波數(shù)據(jù)對廟島群島南五島進行海島土地利用和圍填海動態(tài)監(jiān)測[2]；P. K. Dinesh Kumar等利用印度1C衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測Sagar（薩加爾）海島海岸線和土地覆蓋變化[3]；Hadjimitsis等采用landsat TM數(shù)據(jù)監(jiān)測Skiathos海島13年的土地覆蓋變化，為海島可持續(xù)發(fā)展提供決策支持[4]。上述研究采用Landsat TM等中等分辨率影像，對于較大面積海島（1 km2以上）可以方便地識別海島岸線、土地利用/土地覆蓋等變化情況，可為海島整治修復提供數(shù)據(jù)支持。但是，對于小面積島嶼（如1 hm2以下），采用Landsat等中低分辨率遙感數(shù)據(jù)，顯然難以滿足監(jiān)測要求。2010年3月1日隨著《海島保護法》的實施，對于法

后完成開發(fā)的海島都需要進行整治修復，由于早期缺乏海島保護意識，一些小海島開發(fā)前很少進行海島保護規(guī)劃，海島修復存在調查資料缺乏等問題，導致修復存在一定的盲目性。福清市北青嶼2008年開發(fā)利用，2014年完成開發(fā)

，根據(jù)《海島保護法》要求，北青嶼需要整治修復。由于北青嶼面積小，整島被開發(fā)利用，現(xiàn)狀調查資料缺乏。針對這些問題筆者探索使用多時相高分數(shù)據(jù)，結合其他現(xiàn)有基礎地理數(shù)據(jù)，分析北青嶼開發(fā)前后環(huán)境變化情況，以指導北青嶼綜合整治修復，并為我國其他類似情況海島修復提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

北青嶼為無居民海島，位于福清市與平潭島海壇海峽之間，地理坐標為119°38′37.95″～119°38′45.12″E、25°28′13.59″～25°28′21.71″N，隸屬于福清市；北青嶼整體呈南北走向，西面距離福清小東山島約375 m；北青嶼南北長約81 m，東西寬約54 m，投影面積約為2 566 m2。北青嶼區(qū)域位置見圖1。

2海島自然環(huán)境變化監(jiān)測

北青嶼面積較小，約81 m×54 m。為掌握北青嶼在開發(fā)前后自然環(huán)境變化情況，分別獲取QuickBird 2000年10月29日、2006年5月19日和2012年1月1日3個時期的全色高分影像，見圖2（a）～（c）。

通過上述不同時期影像可以看出，北青嶼在開發(fā)前后地形、地貌、岸線、土壤、植被等自然環(huán)境發(fā)生了較大改變，為掌握北青嶼自然環(huán)境變化具體情況，采用目視解譯等信息提取方法獲取北青嶼開發(fā)前后自然環(huán)境要素變化量，為北青嶼綜合整治修復提供技術支持。

2.1 三維地形變化監(jiān)測

北青嶼除了作為大橋的橋墩建設用地外，還作為大橋建設的臨時施工場地，由于在海島開發(fā)前沒有規(guī)劃，開發(fā)過程中亦缺乏對海島地形保護意識，島嶼中部凸出山地直接被挖去整平，地形破壞較大。利用Quickbird 2000年10月29日高分遙感影像，結合原有的地形數(shù)據(jù)和開發(fā)后的實測地形數(shù)據(jù)，恢復北青嶼開發(fā)前后三維地形，結果見圖3。

根據(jù)地形數(shù)據(jù)，北青嶼中部最高點高程為10.3 m，實地測量施工平臺高程約8.5 m，即平臺以上島體全部挖平，并進行了部分填海，形成了圖3紅線所示的施工平臺。通過地形恢復提取，完整地再現(xiàn)了北青嶼開發(fā)前后地形變化情況。

2.2 海岸線變化監(jiān)測

海岸線為平均大潮高潮時水陸分界的痕跡線，在實際計算中，高潮線大都以多年平均高潮線為準。遙感方法僅獲取海島某一時刻實時水邊線，結合地形數(shù)據(jù)以及當?shù)睾Ｑ蟪毕O(jiān)測數(shù)據(jù)可以推算出海岸線。根據(jù)北青嶼地形圖和平潭海峽潮汐數(shù)據(jù)，結合2006年5月19日Quickbird遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)，推算北青嶼在開發(fā)前岸線（見圖4藍色岸線）。北青嶼開發(fā)后實際測量岸線（見圖4紅色岸線）。

根據(jù)計算，北青嶼在開發(fā)前自然岸線長約247 m，開發(fā)后，幾乎所有自然岸線被破壞，形成新的人工岸線長約523 m。岸線開發(fā)前后長度和位置均發(fā)生變化。

2.3 植被土壤變化監(jiān)測

植被土壤是海島的重要自然資源，對于海島的氣候、生態(tài)環(huán)境有著重要的影響。對于植被的遙感識別主要是采用歸一化植被指數(shù)（NDVI）、植被覆蓋率作為衡量植被資源的因子。該因子能夠反映地表植被的生長狀況和植物生長空間分布狀況。但對于低植被覆蓋情況下，NDVI檢測植被覆蓋情況靈敏度大大降低[5]。通過北青嶼影像反演NDVI無法提取植被覆蓋情況，因此，再對北青嶼2006年5月19日影像目視解譯和實際調查可知，北青嶼中部有少量狗牙根等稀疏植物，見圖2（b）。由于可見光遙感識別土壤較復雜，該研究通過實際調查發(fā)現(xiàn)在北青嶼中部有沙質土壤層，土壤層堅硬，已被破壞。

3 北青嶼綜合整治修復方法

海島綜合整治修復工程是在人工干預的情況下對受損的自然環(huán)境進行修復，自然因素的影響對整治修復的效果起關鍵的作用。因此，海島整治修復必須尊重海島自然規(guī)律的基礎上，根據(jù)上述對北青嶼地形、岸線、植被和土壤變等自然環(huán)境變化監(jiān)測結果，提出下述修復建議：①將北青嶼地形從施工平臺恢復到10.3 m高程，其中最高點位于島中心，見圖3；②北青嶼原有自然岸線已被全部破壞，形成的人工岸線部分地段坡度過大，需要在坡度大的岸線拋石壓腳，減緩坡度，加固因施工造成的不穩(wěn)固的岸線；③根據(jù)遙感影像和實際調查分析，北青嶼原有植被稀疏，土壤層較薄，可根據(jù)北青嶼周邊島嶼植被情況，恢復相應植被草坪。

通過上述措施和方法，目前，北青嶼地形地貌已恢復，島陸土壤得到改善、植物已恢復生長，經(jīng)過半年的實際運行，北青嶼整治修復達到預期效果，見圖5。

4 結論

該研究采用多時相高分遙感數(shù)據(jù)，分析福清市北青嶼開發(fā)前后地形地貌、土壤、植被和岸線的變化信息，彌補北青嶼現(xiàn)場調查數(shù)據(jù)資料的不足，在海島綜合整治過程中，為合理整治修復海島提供了技術支持，減少了北青嶼修復的盲目性。北青嶼的實際整治修復效果表明：對我國早期開發(fā)而遭受破壞的海島，因缺乏規(guī)劃和調查資料，可以利用高分辨率多時相遙感數(shù)據(jù)，分析海島環(huán)境變化，輔助海島的綜合整治修復，可為我國海島保護和修復提供可靠的技術支持。同時，由于小面積海島普遍缺少地面控制點，也存在高分影像幾何精校正困難等問題，校正精度有待進一步提高。

參考文獻

[1]

陳凌云，胡自寧，黎廣釗，等. 遙感技術在廣西海島調查中的應用[J].國土資源遙感，2005（4）：78-81.

[2] 黃建波. 中國海島·沙洲·珊瑚礁遙感監(jiān)測應用中的典型問題研究[D].青島：中國海洋大學，2006.

[3] DINESH KUMAR P K，COPINATH G，LALURAJ C M，et al. Change Detection Studies of Sagar Island， India， using Indian Remote Sensing Satellite 1C Linear Imaging Self-Scan Sensor III Data[J]. Journal of Coastal Research，2007，23（6）：1498-1502.

[4] HADJIMITSIS D G，RETALIS A.Satellite remote sensing and GIS for sustainable development of Skiathos Island， Greece[J]. Proceedings of SPIE，2004，5239（63）：63-71.

[5] 薛重生.地學遙感概論[M].武漢：中國地質大學出版社，2011：187-197.

責任編輯徐麗華責任校對李巖