围填海遥感监测方法研究

徐进勇，张增祥，赵晓丽，汪 潇，温庆可，左丽君

(1. 中国科学院遥感与数字地球研究所，北京 100101； 2. 中国科学院大学，北京 100049)

一、引 言

随着沿海地区社会经济的快速发展和人口的迅速增加，对土地的需求增长强烈，土地储备已远远不能满足发展需求，除加大对存量建设用地的挖潜力度，提高土地资源集约利用水平外，围填海已成为沿海地区解决土地资源紧缺问题的重要途径[1]。实践证明，科学合理的围填海对于缓解沿海地区人地矛盾、推动社会经济发展，具有十分重要的现实意义，可产生显著的经济和社会效益。但是大规模的围填海是一种严重改变海域自然属性的用海行为，违背客观自然规律的无序围填海必然带来一系列严重的资源、环境、社会问题，如使近岸渔业资源衰竭、使近海海域生态系统遭到破坏、使海洋环境污染加剧等[2]。

针对一些地区围填海规模增长过快、海岸和近岸海域资源利用粗放、局部海域生态环境破坏严重、防灾减灾能力明显降低等问题，国家近期相继出台了相关政策加以规范围填海活动。为确保海域资源的可持续利用，要求实施围填海年度计划管理，严格规范计划指标的使用；切实加强围填海规划计划执行情况的监督检查，重点对围填海项目选址是否符合海洋功能区划、围填海用途及面积是否符合批准的计划指标等进行监管。因此，实现围填海造地的实时和适时宏观监测，掌握围填海的时空分布信息和动态变化规律，对国家围填海规划计划执行的监督与管理任务显得尤为重要[3]。

遥感具有宏观、快速、多时相获取地表信息的优点。利用遥感和GIS技术，能够对围填海信息进行快速提取，在一定程度上能够解决围填海实地调查难的问题，能够对围填海进行动态监测，以便广泛、及时地掌握围填海的变化过程及存在的问题。

虽然已经出现了一些围填海遥感提取方法，但是缺乏围填海用途的遥感分类体系，并且提取方法复杂，对于不同卫星影像、不同海域环境、不同类型围填海目标的提取规则不一，还没有被业务部门作为日常监测的技术来使用。本文依据“908”专项的海域使用分类体系，基于围填海类型在HJ-1 CCD卫星影像上的分布特征，建立了中分辨率多光谱卫星标准假彩色合成影像关于围填海遥感分类系统和相应围填海类型的解译标志，提出了围填海遥感信息提取的技术流程。

二、数据源

本文基于HJ-1 CCD标准假彩色合成影像建立了围填海遥感解译标志。HJ-1 CCD的可见光与近红外波段空间分辨率为30 m，能够满足1∶10万比例尺土地利用遥感制图。首先将所有HJ-1 CCD分波段卫星影像按照近红外、红、绿3个波段的组合顺序进行标准假彩色影像合成；然后将HJ-1 CCD标准假彩色合成影像对照1∶10万比例尺地形图进行几何精纠正，要求前后两期卫星影像上同名地物点的平面位置偏移小于0.5个像元。

本文使用的辅助数据主要包括外业调查数据、行政区划图、海岸线矢量专题图、1∶10万比例尺地形图，以及Google Earth高分辨率遥感影像，并且搜集了有关海岸带工程规划图件等资料。

三、围填海分类系统及解译标志建立

“908”专项关于围填海的定义为：在沿海筑堤围割滩涂和港湾并填成土地的工程用海。“908”专项参照《海籍调查规程》(HY/T 124—2009)将海域使用类型划分为9个一级类、25个二级类[4]，涉及的主要围填海类型包括港口建设用海、城镇建设用海、围垦用海、围海养殖、盐田用海等。

本文基于相关围填海用海类型的“908”定义及其在TM卫星影像上的地物类型可分性，制定了围填海的遥感分类体系。依据在HJ-1 CCD标准假彩色合成影像上各种围填海类型的色调、纹理、形状及空间组合等图像特征的差异，制定围填海遥感解译标志(见表1、图1)。

表1 围填海用地在HJ-1 CCD 标准假彩色影像上的遥感解译标志

图1 HJ-1 CCD标准假彩色影像上围填海解译标志示例

四、围填海遥感解译技术流程

一般的，海岸线动态能反映部分围填海空间分布信息，这部分围填海的内边界线为围海前的海岸线，侧边界线和外边界线按围海后的边缘提取；对于处于海岸线以下独立存在于海涂和海面上的岛状围填海信息，按围海的具体边界提取。因此，本文基于两期沿海卫星遥感影像和ArcInfo软件平台，先开展围海前后两期的海岸线遥感解译，在提取海岸线遥感动态范围的基础上，基于围填海定义和解译标志，选取与围填海有关的海岸线动态范围，修改并增加相应的围填海类型属性；然后增加在海涂或海面上独立分布的岛状围填海信息，从而实现围填海信息的遥感提取。总体技术路线主要包括资料收集(卫星影像、地形图、行政区划图、沿海工程规划图等)、影像几何精纠正、外业调查、海岸线和围填海信息遥感解译、质量检查与修改、数据集成、结果分析等步骤(如图2所示)。海岸线类型划分为人工岸线、砂质岸线、粉砂淤泥质岸线、基岩岸线和生物岸线，具体可参考孙伟富等关于不同类型海岸线遥感解译标志建立和提取方法的研究[5]。

图2 围填海遥感监测总体技术流程图

五、应用举例

本文基于2000年河北省海岸线和2012年9月30日一幅HJ-1 CCD卫星标准假彩色影像，对河北省2000—2012年曹妃甸新区和滦河口的围填海范围作了遥感提取。

曹妃甸新区位于唐山市南部沿海、渤海湾中心地带，具有建设大型深水港口、发展现代临港产业得天独厚的条件，是河北沿海经济带的龙头和河北未来发展的重要增长极，在全国生产力布局中占有十分重要的位置，被列入国家“十一五”规划和国家首批循环经济示范区。根据遥感提取结果，2000—2010年曹妃甸新区港口用海面积258.80 km2，如不计航道、港池等围海面积，则截至2012年9月曹妃甸实际填海面积209.85 km2(如图3所示)，与媒体公开报道的数据210 km2十分接近[6]。

图3 2000—2012年曹妃甸新区港口用海范围(影像获取时间：2012-09-30)

滦河是河北省最大的河流，东流入渤海，滦河口位于渤海西北平直海岸的中部，开口朝东偏北。滦河口渔场位于滦河口外，是中国对虾(东方对虾)的栖息、生长、繁殖的良好水域，气候、海水温度、盐度也均适宜对虾生长，沿海低值杂鱼虾及蟹贝等饵料资源又较丰富[7]。根据遥感提取结果，2000—2010年滦河口新增围海养殖面积29.21 km2(如图4所示)。

图4 2000—2012年滦河口围海养殖范围(影像获取时间：2012-09-30)

六、结束语

遥感技术具有大范围同步、成本低、时效性强等优点，能够实现围填海信息的快速提取，有效解决了围填海实地勘察费时费力的问题。本文依据“908”专项的海域使用分类体系，并且基于各种围填海类型在HJ-1 CCD卫星影像上的分布特征，建立了中分辨率多光谱卫星标准假彩色合成影像关于围填海遥感分类系统和相应围填海类型的解译标志；提出了围填海遥感信息提取的技术流程。对2000—2012年河北省曹妃甸新区和滦河口的围填海作了遥感提取。与已公开报道数据比较，围填海遥感提取结果是准确可信的。

CEBERS CCD、Landsat TM、北京一号小卫星等影像数据与HJ-1 CCD卫星影像数据空间分辨率相近，均能实现标准假彩色合成，实践验证也可以参照本文方法实现围填海信息的遥感解译与提取。

参考文献：

[1] 陈书全.关于加强我国围填海工程环境管理的思考[J].海洋开发与管理，2009，26(9)：22-26.

[2] 刘伟，刘百桥.我国围填海现状、问题及调控对策[J].广州环境科学，2008，23(2)：26-30.

[3] 李禺，李杨帆，朱晓东.厦门市填海造地的遥感PCA识别及其驱动机制研究[J].自然资源学报，2008，23(2)：161-169.

[4] 国家海洋局908专项办公室.海域使用现状调查技术规程[M].北京: 海洋出版社, 2005.

[5] 孙伟富，马毅，张杰，等.不同类型海岸线遥感解译标志建立和提取方法研究[J].测绘通报，2011(3)：41-44.

[6] 新华网.十年“长大”50倍的沙岛巨变[EB/OL]. [2012-10-24].http:∥news.xinhuanet.com/photo/2012-10/24/c_123866179.htm.

[7] 高士平，宇文会娟，徐全洪.滦河三角洲经济开发分析[J].中国经贸导刊，2009(22)：90.