基于遥感的渭河干流变化监测
2015-06-30朱陈明马驰李发红张宁丽
朱陈明,马驰,李发红,张宁丽
(国家测绘局第一航测遥感院,陕西 西安 710054)
1 引 言
渭河流域不仅是陕西经济最为发达的地区,而且在西部地区社会经济发展中具有重要的战略地位和作用。渭河作为黄河的第一大支流,横贯整个关中平原。许多年来,她给两岸人民带来无数快乐,同时也有过严重的水患灾难。近几年,陕西省人民政府高度重视渭河综合治理工作,把渭河整治目标提升为“将渭河打造成贯通关中东西最大的生态公园、最美的景观长廊、最长的滨河大道”,渭河及两岸的环境正在发生着巨大变化。根据国家测绘地理信息局与陕西省地理国情监测试点任务安排,国家测绘局第一航测遥感院充分利用遥感技术[1,2],完成了2012年渭河干流综合治理监测试点项目。项目得到了3期遥感影像的解译成果数据,并对这些成果数据进行统计和比较,重点分析了渭河干流西安-咸阳段沿渭两岸交通、堤防工程、备防石设施、景观建设、湿地演变、地表覆盖及周边环境信息变化情况,探讨了产生这种变化的自然和社会原因及其对人类社会发展的影响。
2 项目要求
渭河干流综合治理监测试点项目监测范围是渭河干流咸阳陇海铁路大桥-西安西禹高速渭河大桥(长38km,宽3km)区域,任务是利用多期遥感影像对监测范围内的地形及地物要素变化进行监测,分析堤防、景观工程建设进展及周边环境变化情况。
试点工作通过不同分辨率,不同色彩的多种遥感影像对地表地类进行解译,完成了2002年、2009年、2012年3期遥感影像的地表覆盖及水利设施现状数据制作。并对2002年与2009年、2009年与2012年地表覆盖一、二级地类现状面积及面积变化量、堤防长度及长度变化量进行统计,另外对跨河大桥、沿河堤防附属设施备防石、景观建设、泾渭湿地等变化信息进行统计和分析。
2.1 遥感影像数据源
本次试点选用了4种遥感影像对区域内地表覆盖、堤防工程、景观建设等信息进行监测。遥感影像基本情况如表1所示。
表1 遥感影像基本参数
2.2 地表分类标准及数学精度
2.2.1 图斑分类标准
本项目遥感信息图斑提取包括地表覆盖和重点监测内容(含防洪工程、沙场分布、景观建设等)共8大类,图斑提取表示到二级地类。
2.2.2 平面精度
图斑的平面位置误差明显界线与DOM上同名地物的移位不得大于图上0.3mm,不明显界线不得大于图上1.0mm。
2.2.3 属性精度
地表覆盖信息中字段名、字段类别、字段长、字段顺序不得有误;居民地、水系的属性精度不得低于95%,其他地物的属性精度不得低于90%。
2.3 监测成果统计内容和指标规定
2.3.1 地表覆盖
(1)按一级分类对地类图斑的位置、面积及地类变化流向进行统计,统计内容包括:农地、林地、草地、园地、水域及水利设施用地、居民地与设施、荒漠与裸露地、交通运输用地的变化信息。
(2)对水域及水利设施用地和居民地再按二级分类进行统计,统计内容包括:河流、湖泊、水库、坑塘、沟渠、滩地、沼泽地、堤防水工建筑用地、沙场沙堆滩地障碍,城镇居民地、农村居民地、工矿用地、城市绿地和公园、风景名胜设施、特殊用地、景观建设的变化信息。重点统计分析堤防、堤坝、景观、水上设施的变化面积。
2.3.2 重要水利设施
对重要水利设施要素的长度、宽度、构筑材料、数量和变化率、原设施的扩建、改建情况等进行统计。
2.3.3 泾渭湿地保护区
按一级地类分类标准对地类图斑的位置、面积及地类变化流向进行统计。
3 监测方法
3.1 基础地理信息数据收集和加工处理
收集2002年、2009年、2012年3期遥感影像数据,获取最新的低空无人机数码影像及无人机低空摄像视频数据,2002年、2009年2期地形图等相关资料,并对收集的数据成果及资料进行分析和加工处理,用于提取渭河干流的主要要素及变化分析。
3.2 影像信息判读解译
通过影像判读解译技术[3]对多期影像的地表覆盖信息和重要的水利设施、湿地信息等要素按要求进行采集,得到监测区域的本底信息和监测信息,并对提取的本底和监测信息进行核查和确认。
3.3 渭河干流地表变化分类统计及分布图表制作
把2002年遥感影像解译成果作为基础底图分别与2009年、2012年遥感影像解译数据成果进行整合、叠加、比较,结合水利专题要素成果对干流地形、地表变化信息进行分类统计,制作不同时间序列的渭河干流土地利用现状分布及变化图、河流河道主要要素变化统计表、河面建筑(桥梁、管线、拦水、堤防等人工设施)现状分布图。
3.4 监测渭河干流整治工程进展情况
本次试点工作的任务除对地表变化监测外主要对渭河干流综合治理工程建设进展情况进行监测,按照渭河流域管理局确定的渭河治理重点区域,按设计的监测周期对渭河干流获取高分辨率遥感影像。通过影像纠正、融合及影像解译等技术得到最近1期渭河堤防、河道、蓄滞洪区等防洪工程建设进展,滩区清障整理工程进展,河滩地退耕还河进展,堤岸绿化、水面景观、滨河公园以及沿渭河大堤外各1.5km经济产业带内设施农业、生态农业、生态湖泊等建设现状影像信息,并与前期遥感影像成果进行比对,监测渭河干流整治工程进展效果。
4 监测成果统计与分析
通过本次试验获取了3期(2002年、2009年、2012年)数字正射影像数据和影像地表覆盖及水利设施解译现状数据成果;并按二级地表分类统计2002年与2009年、2009年与2012年各类地表覆盖面积等,得到地表覆盖及水利设施变化信息成果。下面就堤防工程建设、景观建设、防汛设施备防石工程、跨河桥梁、泾渭湿地、地表覆盖等信息进行重点统计与分析。
4.1 堤防工程建设信息统计分析
利用3期地表覆盖及水利设施影像解译的现状数据统计渭河西咸段监测区域38km堤防工程信息。新建堤坝长度、拓宽堤坝长度如表2所示,堤坝宽度如表3所示。
表2 相邻两期新建堤坝长度、拓宽堤坝长度
表3 三期堤坝宽度
分析可知:2009年相对2002年堤坝长度增加了5.74km,2012年相对2009年堤坝长度增加了7.2km;2009年相对2002年拓宽了堤坝长度19.4km,宽度由6m~12m变为6m~36m,2012年相对2009年拓宽了堤坝长度19.7km,宽度由6m~36m变为6m~50m。
4.2 景观建设信息统计分析
通过3期地表覆盖及水利设施影像解译的现状数据,统计渭河西咸段监测区域38km景观建设信息,景观工程面积如表4所示。
表4 三期景观建设面积
分析可知:2002年景观建设面积为0,2009年相对2002年景观建设面积增加了0.02km2;2012年相对2009年景观建设面积增加了3.98km2。
4.3 防汛设施备防石信息统计分析
利用地表覆盖及水利设施3期影像解译现状数据统计渭河西咸段监测区域38km防汛设施信息,备防石数量及体积如表5所示。
表5 三期备防石信息数据
分析可知:2002年、2009年、2012年渭河西咸段防汛设施备防石数量和体积在不断增加。2009年相对2002年数量增加了177处,体积增加了13725m3;2012年相对2009年增加了67处,体积增加了6 030m3。
4.4 跨河桥梁信息统计分析
利用3期地表覆盖及水利设施影像解译的现状数据,统计渭河西咸段监测区域38km跨河桥梁信息,公路大桥和铁路大桥数量如表6所示。
表6 三期跨河桥梁数量
2009年相对2002年铁路桥增加了2座,公路桥增加了4座;2012年相对2009年铁路桥未变化,公路桥增加了2座。
4.5 泾渭湿地信息统计分析
(1)监测区域湿地面积共16.87km2,其中河道湿地区域沙场、砂堆、采砂置留障碍物面积统计如表7所示。
表7 泾渭湿地障碍物面积
2009年相对2002年7年时间泾渭湿地区域沙场、砂堆、采砂置留障碍物面积增加了2.2km2;2012年相对2009年,3年时间泾渭湿地区域沙场、砂堆、采砂置留障碍物面积增加了4km2。
(2)对泾渭湿地范围内的地表覆盖信息按一级地类进行面积统计[4]。2002年、2009年、2012年泾渭湿地地类面积及变化统计如表8所示。
表8 泾渭湿地一级地类面积及相邻两期面积变化量
分析相邻两期影像地类面积及变化可知:农地面积在逐期减少,水域及水利设施用地面积在逐期增加(主要是沙场、砂堆、采砂置留障碍物面积在逐期增加)。
4.6 试点区域地表覆盖信息统计分析
对西咸段相邻两期地表覆盖的地类面积统计数据分析可知:监测区域农地面积在逐期减少,居民地、交通、水利设施用地在逐期增加,林地、草地、园地、荒漠与裸露地面积有增有减,无明显的变化规律。
5 监测信息变化原因分析
5.1 堤防工程建设
近年来,渭河一年一小灾,四年一大灾,特别是渭河下游段更为频繁。在渭河综合治理项目中堤防工程建设得到相关政府部门的高度关注,新建设的防汛大堤较以前得到了有效加固,如对沿河堤岸进行了加长、拓宽和增高,将大堤防汛能力提高到百年一遇水平等。另外防汛大堤同时兼顾沿河公路的功能,这有力地拉动了这两座城市渭河沿岸旅游事业和农业经济发展。
5.2 景观建设
渭河综合治理规划已经明确:要把渭河城市段打造成“渭河生态水公园”、农防段建成“绿色生态景观带”的模式。2011年以来渭河两岸景观建设速度在不断加快,建设取得了明显的效果,现已初步形成了人与自然环境的和谐相处。
5.3 防汛设施备防石工程
渭河汛期每年常出现在7月~8月,在汛期来临前需逐一排查防汛大堤隐患,还要特别检查两岸堤坝工程中是否准备足够多备防石,以防大堤出现意外。对易发生决堤河段要将备防石提前足量按要求放置在堤坝旁备用。
5.4 泾渭湿地
引起泾渭湿地环境变化的因素较多,如气候、水资源、水利工程建设、人类社会活动等,变化的自然环境和社会经济环境对湿地产生了巨大的影响,导致湿地结构发生了不合理演变,湿地功能不断退化。人口增加和经济发展不断激化人的矛盾[5],泾渭湿地大兴水利建设、围湖造田、大片湿地和耕地用于企业厂房和居民小区开发建设,再加上近年来人们疯狂挖沙,短短的10年时间,使湿地面积急剧减少。另外,非法挖沙使泾渭湿地表面的植被遭到毁灭性的破坏,湿地涵养水源功能随即消失。泾渭湿地保护工作形势更趋严峻。
5.5 地表覆盖
经济的发展、沿河城市人口数量的增加、地下水位的下降、渭河综合治理工程的开展给渭河及周边地表覆盖带来了非常明显的变化。河滩乱挖、乱建沙场,围滩造田严重影响到渭河自然地表覆盖正常环境,妨碍了渭河防汛功能。另外堤岸绿化、水面景观、滨河公园、防汛工程、景观带建设虽然侵占了农田耕地但也积极地改善了沿渭两岸的地表环境,为人们提供了一个舒心、安逸、休闲的生态、生活社会环境[6]。
6 结 语
渭河监测试点项目充分利用了遥感影像解译技术,完成了高分辨率彩色遥感影像的相关信息解译判读,解译成果通过野外实地核查可信度高于95%,达到了本次试点设计规定的要求。试点项目获得的监测成果将为政府部门开展渭河综合治理工作提供及时可靠的地理信息和监测服务。
[1] 邓良基.遥感基础与应用[M].北京:中国农业出版社,2002.
[2] 孙立新,罗高平,张怡梅.遥感影像分类的归类学习方法[J].测绘工程,1998(3):39-43,49.
[3] 梅安新,彭望琭,秦其明,等.遥感导论[M].北京:高等教育出版社,2001.
[4] 倪绍祥.土地类型与土地评价概论[M].北京:高等教育出版社,2003.
[5] 范泽孟,颉耀文.基于RS与GIS技术的城郊土地利用现状调查和动态监测分析——以兰州市西固区为例 [J].兰州大学学报,2002(4):118-122.
[6] 王礼育,罗丹.从遥感图像看珠江口门规划治理效果[J].人民珠江,2000(3):39-41.