泉州湾海岸线变迁遥感监测研究

赖国棣

(福建省地质测绘院，福州，350011)

泉州湾位于福建省境内，北起惠安崇武半岛，南至晋江石狮市祥芝镇，为晋江、洛阳江汇合入海的半封闭海湾。北接莆田湄洲湾，南邻厦门围头湾，东濒台湾海峡。泉州湾生态环境优良, 生物种类繁多。泉州湾沿岸的工业、农业、旅游业发达, 环境保护同经济发展的矛盾日益突出。开展泉州湾岸线变迁监测, 对保护岸线资源, 加强海岸带综合管理, 协调人类与海岸带的关系, 维护生态环境健康发展具有重要意义。

海岸线是陆地与海洋的分界线，海岸线传统的野外实地调查法人工花费多、效率低、工作周期长，而且获取的数据不易统计。遥感监测是基于“空对地”遥感影像数据和地学分析为基础的综合性应用技术，其最大优势在于大范围实时同步数据获取能力，在海岸线调查中具有显而易见的优势*大连海事大学,海岸线卫星遥感提取方法研究,2007。收稿日期：2015-08-04作者简介：赖国棣(1981-)，男，测绘工程师、注册测绘师，主要从事3S技术在国土资源管理中的综合研究与应用。。与传统方法相比，海岸线遥感监测可以节省投入费用，具有很高的经济效益和社会效益。目前，国内学者提出了多种海岸线提取算法，开展了全国多地的海岸线遥感动态监测研究工作[1-6]。

1 遥感数据处理

1.1 数据源

笔者采用Landsat MSS/TM、SPOT5、WorldView-1等影像为主要数据源，经过大气校正、几何校正、水边线提取等图像处理，结合GIS 软件和实地踏勘验证，提取了泉州湾的海岸线, 应用1988年、1998年、2011年3个时相的卫星遥感图像，研究泉州湾海岸线23年的演化变迁(表1)。

1.2 数据处理

对遥感数据几何精校正是海岸线提取研究的必要环节,该研究采用ERDAS IMAGINE 2010软件平台，30 m分辨率卫星影像以1∶50 000比例尺地形图为基础底图，2.5 m和0.5 m分辨率卫星影像以1∶10 000比例尺地形图为基础底图，分别对3个时相的遥感图像进行了几何纠正。空间参考系采用1980西安坐标系和高斯-克吕格投影，影像的校正、配准采用二次多项式变换，利用双线性内插法进行重采样。几何校正误差满足相关技术规范[7]关于遥感影像几何校正误差的要求。

表1 3个时相卫星遥感数据参数

2 海岸线提取原理与方法

2.1 水边线提取基本原理

水边线是指卫星过境时海水和陆地的分界线。根据陆地与水体具有不同的反射率特性，TM卫星数据2.08～2.35 μm红外波段(第7波段)图像的直方图呈双峰，采用直方图鞍部最低点所对应的数值作为阈值,对图像进行二值化处理，实现海陆分界。通过边缘检测试验对比发现 Roberts算子对图像的提取效果优于Sobel算子，笔者采用Roberts算子对2个时相的第7波段二值图像进行边缘检测处理，提取水边线信息[8]。在ArcGIS软件中以提取的水边线图为底图，通过栅格矢量化得到水边线矢量数据。而要从水边线矢量数据中确定海岸线的位置，还需要考虑潮汐、岸线类型等因素。由于缺乏水文数据，采用中、高潮位卫星数据作为海岸线变迁宏观研究目标，因而忽略潮汐校正。

2.2 海岸线类型及解译标志

泉州湾海岸线大致可分为基岩海岸线、人工海岸线以及砂、泥质海岸线。不同类型的海岸线有不同的特点，遥感解译标志也不同(图1)。各类型海岸线影像特征如下。

(1)基岩海岸线：一般对应着岩滩、砾石滩和沙滩，特殊地段可能形成特殊地貌景观，具有一定的旅游开发价值。在高分辨率卫星影像上呈现为地形起伏，纹理粗糙，主要分布于基岩岬角岸段、半岛和岛屿。其海岸线曲折，为典型的锯齿状海蚀岸，分布于崇武镇的玉前、前头等地。

(2)砂质海岸线：对应着沙滩和过渡型砂砾质岸滩，其开发利用主要与旅游开发有关，以及作为建筑用材。在真彩色高分辨率卫星影像上呈灰黄、浅黄色色调，由海至陆地呈渐变色调，纹理平滑，分布于崇武湾、浮山—玉霞等地。

图1 岸线类型遥感解译标志Fig.1 Shoreline types of remote sensing interpretation marksa—人工海岸线；b—基岩海岸线；c—砂质海岸线；d—泥质海岸线

(3)泥质海岸线：对应着泥质滩或泥砂质滩，海洋环境良好，营养丰富，一般可成为重要的滩涂养殖区域。在影像上呈灰色、浅灰色色调，纹理平滑、细腻，主要分布于洛阳江、晋江等入海处。

(4)人工海岸线：对应着各种海滩，为了生产、交通、护岸的需要，人工建成的不同规模、不同质量的海岸工程分为单坡式和双坡式，结构上朝海面分为垒石和砌石等。影像呈规则线性，与海域界线明显。

2.3 海岸线提取方法

海岸线变迁遥感监测采用遥感技术，根据海岸带地物光谱特征，利用计算机技术对卫星遥感成像数据进行分析处理，获得海岸带信息的技术方法。岸线信息的提取充分利用TM红外波段对水陆界线敏感的特性，使用高潮位时相遥感数据成像，得到海陆界线图像。然后，通过计算机图像处理软件栅格转矢量化后，结合人工目视解译进行修正，完成岸线遥感解译。在技术方法上，利用多波段假彩色合成图像，通过计算机图像处理，自动提取人工目视解译修正的方式来完成。技术方法如下。

(1)水边线提取：采用高潮位时相的TM7波段(红外波段)数据，进行水体与陆地界线信息的自动提取，然后通过栅格矢量化，形成大陆岸线的线状数据图层,高分辨率卫星影像数据主要采用人工目视解译提取。

(2)海岸类型解译：主要靠地理相关分析以及人工目视解译。基岩海岸和人工海岸由于受潮位影响较小，可以直接在遥感图像上采用人工目视解译方法获取。淤泥质海岸和砂质海岸，结合海岸带历史调查数据，辅以遥感分析修正来完成解译工作。

(3)人工解译修正：在ArcGIS软件平台下，对照该地海岸线解译标志，通过机助遥感目视解译方法，对原有的海岸带数据进行修正。对开发利用程度较高的区域，则采用高分辨率遥感影像数据为信息源，以提高地面分辨率。

(4)空间分析：将各时期海岸线进行叠加比对分析，依时空变化，完成海岸线变迁研究，编制海岸线变迁遥感监测研究图件(图2)。

图2 各时相海岸线提取与遥感解译流程Fig.2 Shoreline extraction and remote sensing interpretation process

3 海岸线总体变迁分析

通过上述技术方法提取泉州湾3个时相海岸线数据，结合实地勘查验证，综合分析得出泉州湾属于潮流、径流和波浪综合作用下的山地海湾，总体处于淤积之中，岸线变迁主要受人为活动影响，集中于湾内西北岸，南、北岸则相对稳定。统计数据分析表明，近23年来泉州湾海岸线总长呈逐年增加(表2)，由1988年的156.38 km增至2011年的169.44 km，海岸线不断向湾内扩展，主要表现为侵占沿海滩涂。1988～2011年陆域向海域扩张，累计侵占滩涂面积达14.59 km2，从遥感影像分析滩涂变化可分为2个阶段。

(1)第一阶段为1988～1998年，海岸线及滩涂变迁主要为滩涂围垦养殖鱼虾、扇贝,及填海造田种植粮食、蔬菜等。泥砂质海岸线逐渐向人工海岸线转变，主要分布于后渚港、陈埭镇等地(图3)。

表2 泉州湾海岸线变迁遥感解译情况统计

图3 晋江市陈埭—西滨一带海岸线变迁影像图Fig.3 Images of Jinjiang ChenDai Town and XiBin Town area shoreline changea—1988年TM影像；b—1998年TM影像；c—2011年WV影像；d—3个时相遥感解译海岸线位置比对图

(2)第二阶段为1998～2011年，随着泉州地区城市化进程不断深化和经济的稳步快速发展，对土地需求不断上升，围海造陆、新建码头等工程使岸线向湾内扩展，泥砂质岸线、基岩岸线向人工岸线转变，主要分布于丰泽区东海(图4)和石湖港区(图5)等地的新城建设和码头建设。

图4 丰泽区东海新城陆、海岸线变迁影像图Fig.4 Images of FengZe east new city shoreline changea—1998年TM影像(30 m)；b—2011年WV影像(0.5 m)

图5 石湖港海岸线变迁影像图Fig.5 Images of ShiHu-port shoreline changea—1998年TM影像(30 m)；b—2011年SPOT5影像(2.5 m)

(3)石湖港至祥芝码头的岬控弧形砂质海岸在岬角控制作用下，岸段固沙能力相对较强，但是由于沙源单一和岸滩的泥沙供给量减少，以及海洋动力增强，导致了岸滩平衡剖面向岸或向海的移动。

(4)泉州沿海大通道的建设较大地改变了后渚大桥至崇武半岛段的海岸线，再加上沿海岸线的城镇、村庄、码头及人工海岸占比例过半。人工护岸或建筑占据了大量海滩滩面，破坏了海滩结构，对海滩的输沙平衡造成很大影响。部分直立墙式的人工护岸，其下没有堆石以破波消能，波浪来时遇到直立护岸，波能没有得到及时耗散，在堤根产生强烈侵蚀，海滩沙被强烈冲刷、掏蚀，随波浪带走，致使滩面沉积物粗化，近岸海滩被侵蚀降低，护岸的根基易被侵蚀掏空，在波浪作用下破坏倒塌而造成岸线侵蚀。

4 结论

(1)基于3个时相的卫星遥感数据，建立泉州湾4个主要类型海岸线影像解译标志，采用自动提取、遥感解译与GIS空间分析相结合的技术方法，可以有效地对泉州湾的海岸线时空变化情况进行监测分析，研究分析该地海岸线变迁演化趋势，阐述生态环境保护建议，有利于相关管理部门对沿海土地、水域及生态景观做合理的布局与安排[9]。

(2)通过实地勘查验证，综合分析研究23年(1988～2011年)来泉州湾海岸的变迁情况，研究表明泉州湾属于潮流、径流和波浪综合作用下的山地海湾，岸线变迁主要受人为活动影响，主要为圩垸养殖、填海造田、新城建设、港口码头建设和沿海公路建设等。岸线变迁最大的是泥质海岸，砂质和基岩海岸的变化较小，岸线变化主要集中于湾内西北岸，南、北岸则相对稳定。

(3)随着泉州社会经济的发展和工业化进程的加速，海岸带发展与保护的矛盾日益凸显，已经出现了资源破坏和不合理利用等问题，主要有岸线资源和土地的无序开发、海滨景观破坏、局部海域污染、基础设施建设不当引起的局部破坏性开发等问题；侵占湿地、规模化(工厂化)养殖、岸线退蚀等生态问题。必须以新的观念重新审视泉州湾海岸线生态景观这份宝贵的资源，加强生态环境与生态景观的保护，从规划设计入手，遵循科学规划和合理利用的理念，适度有序开发海岸线资源，促进泉州经济社会的可持续发展。

本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！参考文献

1 朱小鸽.珠江口海岸线变化的遥感监测.海洋环境科学,2002,(2).

2 杨金中,李志中,赵玉灵.杭州湾南北两岸岸线变迁遥感动态调查.国土资源遥感,2002,(1).

3 孙美仙,张伟.福建省海岸线遥感调查方法及其应用研究.台湾海峡,2004,(2).

4 孙钦帮,苏媛媛,马军，等.长兴岛海岸线变化遥感动态监测及分形特征.海洋环境科学,2011,(3).

5 赖志坤.泉州湾海岸线变化特征的定量分析研究.海洋科学,2012,(8).

6 朱俊凤,王耿明,张金兰，等.珠江三角洲海岸线遥感调查和近期演变分析.国土资源遥感,2013,(3).

7 GB/T15968—2008 遥感影像平面图制作规范.

8 于杰,杜飞雁,陈国宝,等.基于遥感技术的大亚湾海岸线的变迁研究.遥感技术与应用,2009,(4).

9 王琳,徐涵秋,李胜.厦门岛及其邻域海岸线变化的遥感动态监测.遥感技术与应用,2005,(4).