闽江南北港冲淤变迁遥感动态监测与分析

陈哲锋

(福建省地质测绘院，福州，350011)

随着社会经济的持续性增长及人口的不断增多，人类对环境的需求与改造也越来越大，为了实现资源的合理利用和可持续性发展，需要对沿江、海地区的淤积和滩涂进行基础调查，为科学的规划提供可靠基础数据。遥感动态监测是基于同区域内同时相不同年份间存在着光谱特征差异的原理，来识别地物状态或现状变化的工作。其本质就是对影像系列时域效果进行量化[1]。

利用遥感技术应用1988，1992，1997年影像[2]，水深遥感模型[3]及分形技术[4]对闽江冲淤的变化进行了详细解译分析，这次闽江南北港冲淤变迁遥感动态监测,作者利用最新时相(2012年11月份)QuickBird影像数据以及2002，1994，1984年TM卫星遥感影像数据，运用遥感技术对闽江南北港冲淤及其岸线变迁进行动态监测，可迅速、高效了解其近30 a来变化情况，为南北港的综合管理提供依据。

1 研究区概况

闽江南北港位于福建闽江下游，地势较缓、坡度小，江面平坦开阔，河水流速减缓，受潮水顶托作用，闽江边冲淤沉积作用显著，沙洲、河边滩发育，自淮安进入福州盆地， 因受南台岛分流变为南、北两支流，南支流为乌龙江河，河道开阔，沙滩多，俗称南港；北支流为闽江河，河道窄，水较深，为目前的闽江主河道，俗称北港。两江分绕南台岛后，于马尾附近汇流东入大海(图1)。

图1 闽江南北港QuickBird卫星影像图Fig.1 QuickBird Satellite photograph of the north-south harbor of Minjiang

2 影像处理

作者引用资料为Landsat-7 TM/ETM、QuickBird卫星遥感影像数据。TM/ETM影像分辨率为30 m，ETM全色波段15 m，通常进行多项式几何校正，依据相应地形图提取GCP控制点进行校正，并完成波段提取、调色、裁切等影像信息处理；QB高分辨率影像采用物理轨道模型和DEM数据进行正射校正，先对全色波段进行正射校正，再利用正射的全色波段数据与多光谱数据进行配准，然后对配准后的全色与多光谱数据运用加拿大PCI Geomatica Pansharpen遥感图像处理平台进行假彩色融合，之后使用公式(1)进行真彩色调色、镶嵌、裁切等影像处理。

(1)

式中：Red为红色通道，Green为绿色通道，Blue为蓝色通道；B2为绿波段，B3为红波段，B4为近红外波段，x、y为系数项∈[0,1]。

3 动态监测方法

最常用的两种遥感动态监测方法有2种。第一种，逐个像元比较法(pixel to pixel comparison)，对同区域内同时相不同年份的影像系列的光谱特征差异进行分析比对，确定土地利用发生变化的具体位置，再采用分类的方法来确定地类变化信息。其最大优点是确定地类变化的位置，缩小分类范围，提高监测速度，同时也避免了分类过程中引入虚假的变化类型。第二种，分类后比较法(post classification comparison)，是对整个监测区域内的逐个影像进行各自分类，然后再比对在各影像系列中同一位置的分类结果，再进而确定类型变化的具体位置和所属的类型。该方法的优点是可以回避逐个像元比较法所要求的影像系列时相一致的条件，以及影像间辐射校正、匹配等问题 ，但这种方法要取得令人满意的结果，首先就必须选择合适的分类方法来提高分类精度，而这正是数字遥感分类研究所要解决的难题。作者研究采用逐个像元比较法，动态监测信息处理主要运用图像差值法、光谱特征变异法、波段替换法。

3.1 图像差值法

通过两时相的影像经正射校正、配准、精确的空间叠置后，用像元灰度值进行相减计算生成差值图像，其代表不同时相的光谱变化。方法可适用于单波段图像，或多波段图像处理[6]。为突出其变化特征，以厚美村区域滩涂覆盖面广的2000年和1994年影像为例(图2)，其中a、b两时相为TM4波段，该波段位于水体的强吸收区，常应用于勾绘水体边界，对冲淤识别明显，影像中颜色高亮区域为滩涂、黑色为水体，a、b图像差值后c图像滩涂还是高亮，水面则变成灰色，而黑色则为滩涂变迁区域。

图2 图像差值法Fig.2 mage difference methoda—2000年TM4影像；b—1994年TM4影像；c—a与b图像差值影像

3.2 光谱特征变异法

利用前一时相的多光谱数据与后一时相的全色数据进行交叉融合，因同一地物反映在多源遥感影像上的信息是一一对应的。若对同一时相、不同传感器的影像进行融合后，地物光谱属性可以如实正确地表现出来。则同一地物在二者上的信息表现为不一致时，那么融合后影像中此地物的光谱就表现得与正常地物的光谱有所差别，此时称地物发生了光谱特征变异[7]。在融合后影像中出现的①区域则为变化信息。如图3c主要显示为2000年TM影像特征，其中图中①区域则为1994年至2000年滩涂变化区域。

3.3 波段替换法

将后一时相的全色数据替换前一时相融合影像的红色或蓝色波段，在重新合成后的彩色影像中，砖红色或蓝色可能为变化信息。如图3，d为b的全色波段替换a的红色波段后影像，其中区域②为滩涂减少区，区域①为滩涂增加区。

图3 光谱特征变异法与波段替换法Fig.3 Spectrum characteristic difference method and the band replacinga—1994年TM543；b—ETM2000年全色波段；c—a与b融合后影像；d—b与a进行波段替换影像

4 遥感动态监测成果与分析

综合研究近年闽江南北港岸线、冲淤变迁明显，泥滩不断减少，河面缩小，河床变深。通过遥感影像动态监测与分析，依据岸线、冲淤变迁剧烈程度将南北港划分为南港上段、南港下段及北港3个区段。

4.1 南港上段

该区段以闽江南港支流大樟溪为界，大樟溪入口以西区段，即厚美村至六十份村段，其岸线、冲淤变迁剧烈。从遥感影像分析，1986至1994年间，厚美村、梅亭一带岸线处于淤积状态，冲淤变化不大，略有增加，左右岸线较为稳定；2002年后其冲淤急剧减少、河面变窄、河床变深(图4)，岸线逐年向河道中心迁移，江心洲也急剧减小。其岸线外扩、冲淤急剧减少。

图4 南港厚美村至六十份村段冲淤变迁图Fig.4 Siltation change from Houmei to Shiliu Village in south harbora—1986年TM543遥感影像；b—1994年TM543遥感影像；c—2000年ETM543遥感影像；d—2010年QB影像

(1)1996年在上游新建了水口水库，水口水库不断蓄水，致使水库下游河道沉砂量大幅度减少，河段进出沙量与水量失去平衡，造成河床断面形态发生变化，引发河床不断下切刷深，纵比降变缓。

(2)因大规模的采砂取走大部分的推移质或河床质粗砂及河卵石，河床无法形成稳定的粗化层，加剧了河道演变过程。同时地方房地产开发建设迅速发展，沿江滨两岸开发了大量商品房(图5)，侵占了大量岸边滩，并对河道进行了治理，修建人工堤岸，致使岸线外移，冲淤减少。

图5 仓山区梅亭区域冲淤变迁图Fig.5 Siltation change of Meiting in Cangshana—1986年TM543影像；b—2010年QB影像

4.2 南港下段

为南港支流大樟溪入口下方至岐头，该区段的江中村、草霞洲等江心洲多年来变化不大，略有侵蚀，左右岸线较为稳定，部分区域向河道中心迁移。该区间冲淤与岸线没有显著变化(图6)。

图6 南港新岐村至岐头段冲淤变迁图Fig.6 Siltation change from Xinqi and Qitou Village in south harbora—1986年TM543影像；b—2010年QB影像

在上游修建了水口水库，致使淤积砂量减少，但是该区域有支流大樟溪汇入，补充了大部分流砂，至2010年前该区东部开发建设相对缓慢，岸线变化不是很明显，较明显变化区域位于东方威尼斯，因其建设致使岸线外扩，以及部分护河堤等建设也是岸线向河心迁移的因素。

4.3 北港

闽江北港由于受地形影响，致闽江上游泥砂多流入南港，北港比较平直狭深，主流线较稳定，进入北港的流砂也易淤积，总体冲淤变迁没有显著变化，岸线变迁则较为突出，两侧岸线往河心方向迁移。

遥感动态监测表明北港岸线向河心迁移，主要为住宅、工业、商服、公共服务等建设用地致使岸线向河心迁移，主变化区域有闽江公园等公用服务用地建设；融侨水乡温泉别墅、江南水都、名城港湾等住宅用地建设；浦下洲修建的海峡国际会展中心等商服建设用地(图7)；彭岐、马尾江滨东大道一带的工业园区等建设用地侵占河滩，修建护河堤等使岸线向河心迁移。

图7 海峡国际会展中心遥感影像图Fig.7 The International Convention and Exhibition Center imagea—1986年TM543影像图；b—2010年QB影像图

5 结论

遥感动态监测与分析认为两江四岸于1994年间表现为较强的淤积，南港最为显著，分布有大范围的河滩和河心滩，至2010年，河床变化明显，淤积大范围减少，岸线向河道中心迁移，下切刷深严重。

(1)自然因素。由于闽江北港受地势影响，河流在水流的长期作用下，河床局部小范围的冲淤变化是经常的、是连续不间断的，特别是特殊场次洪水冲刷也会造成短历时较大范围内的冲淤变化。

(2)人为因素。为主导因素，如河道上修建的水利工程、过量采砂等人类活动，改变了河床的推移质或粗砂及河卵石的组成，破坏了河床的稳定性，加剧了河道演变过程。另一方面，水口电站蓄水后，导致泥砂来源骤减，水口电站下游河道又基本保持原有的水流挟砂能力，造成对河床的冲刷及床砂的粗化，导致河床下切。一些工程建设，如解放大桥与洪山桥改造、沿江公园工程建设，对南北港的冲淤、岸线变迁也产生了重要影响，引起河道泥砂冲淤的重新分配，进一步导致了泥砂和沉积环境的变化。

笔者研究利用遥感图像差值法、光谱特征差异法、波段替换法等信息处理技术手段，可直观、准确、快速地对闽江南北港冲淤变迁及分布特征进行解译、动态监测与分析，通过遥感影像分析河床冲淤、水下地形变化等对河道整治、采砂工程规划以及防洪措施的制定有着重要的意义。

该文承蒙张书煌教授级高级工程师的悉心指导、审阅，并提出宝贵修改意见，在此表示衷心感谢！

1 砂志刚.数字遥感技术在土地利用动态监测中的应用概述.国土资源遥感，1999，(2).

2 高建阳，樊斌，许井明. 遥感在福州南北港冲淤变化研究中的应用.福建地质，1999，18(4).

3 周建军.水深遥感模型及其在闽江口冲淤变化分析中的应用.武汉：中国地质大学(武汉)，2004.

4 钟春棋，曾从盛，柳铮铮.闽江河口湿地资源动态变化的分析研究.湿地科学与管理，2007，3(3).

5 孙丹峰.多源信息分类在遥感土地利用/ 覆盖动态监测中应用研究.北京：中国农业大学，1998.

6 陈宇，杜培军，唐伟成，等.基于BJ - 1 小卫星遥感数据的矿区土地覆盖变化检测.国土资源遥感，2011，(3).

7 周亦，武娟，李琦，等. “资源一号”02C 卫星影像在土地利用变化信息发现中的试验与分析，矿产勘查，2012，3(5).