基于高分辨率遥感影像的围填海图斑遥感监测分类体系和解译标志的建立

温礼， 吴海平， 姜方方， 苏伟， 朱德海， 张超

(1.中国土地勘测规划院，北京　100035； 2.中国农业大学信息与电气工程学院，北京　100083)



基于高分辨率遥感影像的围填海图斑遥感监测分类体系和解译标志的建立

温礼1， 吴海平1， 姜方方2， 苏伟2， 朱德海2， 张超2

(1.中国土地勘测规划院，北京100035； 2.中国农业大学信息与电气工程学院，北京100083)

摘要：围填海是一把双刃剑，一方面可以缓解土地资源紧缺的问题，另一方面也会给沿海生态环境带来负面影响。如何合理地监测和管理围填海，以便政府掌控和决策分析，首先迫切需要制定围填海的分类体系。围填海是一个海域向陆地转变的中间态过程，将海域使用分类体系和土地利用现状分类体系相衔接，基于年度提取的多源高分辨率遥感影像围填海图斑的可解译程度、围填海的定义、用途属性和形成机理等因素，制定了应用于围填海年度遥感监测的分类体系。此外，根据该分类体系，建立了基于多源高分辨率遥感影像的围填海遥感监测解译标志。

关键词：围填海； 遥感监测； 分类体系； 解译标志； 高分辨率遥感影像

0引言

围填海是人类向海洋索要生存和经济开发空间的重要方式，世界上许多土地资源缺乏的沿海国家或地区都有围填海历史，如日本、韩国、荷兰和美国等[1]。自新中国成立以来，我国先后出现过4次较大的围填海高潮[2]。然而，围填海是一把双刃剑，一方面拓展了生存空间，缓解了土地资源紧缺的问题； 另一方面也给沿海的生态环境、生态系统组成等带来了严重的负面影响[1,3-4]。

遥感影像具有可以快速获取大范围内信息的优势，是动态监测围填海，及时掌握其变化过程的有效数据源[3]。目前，围填海的分析主要基于多时相遥感影像的监测分析[5-6]，如王伟伟等[6]利用5期遥感影像提取了辽宁省的围填海信息。围填海监测和分析的内容除了位置分布和面积数量外，其分类用途也是研究的核心内容之一。目前研究者基于围填海的分类分析多是基于小范围研究区制定围填海分类类型，且因研究区的不同而不同[3,7-9]，如刘琴琴[7]在研究广东围填海时将用海类型分为养殖池塘、盐田、已围待利用水面、城镇建设填海、农业填海、港口码头填海和其他。

目前国内的围填海遥感监测工作大多局限于某个工业区或某个省区范围，缺乏从全国范围的角度上通盘考虑围填海用海类型、遥感监测分类体系和遥感监测方法等问题。本文基于全国范围的高分辨率遥感影像，研究制定了一套年度遥感监测分析的全国围填海分类体系，并建立了相应的解译标志，以期为开展全国围填海的遥感监测工作奠定基础。

1围填海的定义

现有的围填海调查成果和研究资料通常引用“填海”、“围海”、“滩涂围垦”、“围海造地”、“填海造地”等术语。金彭年等[2]提到，目前在理论界对于“围填海”的认识是模糊的。国家海洋局编制的《海域使用分类体系》[10]将“填海造地”和“围海”等术语定义为： “填海造地，指筑堤围割海域填成土地，并形成有效岸线的用海方式； 围海，指通过筑堤或其他手段，以全部或部分闭合形式围割海域进行海洋开发的用海方式”。刘琴琴[7]指出，围填海是指人为的在海岸线外进行围海和填海活动，改变海域属性，并对其进行利用的方式。目前，这些对围填海术语的论述都没有充分考虑围填海发生过程中的形成方式和图斑形态特点。刘琴琴[7]对围填海的定义也没有考虑到一些海域的使用方式并非是完全闭合的，从遥感影像的监测统计中可以将其归为围海。

只有在明确了围填海的定义后，才能实现围填海图斑的监测提取，不明确的定义将会影响分类体系和解译标志(如围填海图斑的形状)的建立和判读以及后续围填海发生和发展的位置、面积等的分析。为此，本文对围填海的定义做了新的归纳。围填海包含围海和填海2种用海方式，是指人为的在海岸线外进行围海和填海活动，改变海域属性，对其进行利用的方式。围海是指以全部或部分闭合形式围割海域进行海洋利用的方式，包含沿海岸进行海域围割的用海方式和全部在海中进行筑堤围割的用海方式； 填海指将海域填成土地，形成岸线的用海方式，包括直接填充和先进行围割后再进行填充2种方式。

2研究区概况及数据源

2.1研究区概况

我国沿海地区跨越渤海、黄海、东海、南海4个海域，中国大陆海岸线全长1.8万多km，北起辽宁鸭绿江口，南达广西的北仑河口，经辽宁省、河北省、天津市、山东省、江苏省、上海市、浙江省、福建省、广东省、广西壮族自治区和海南省[11]。以上述省市为研究区。受国家政策、经济发展和人地矛盾等因素的影响，目前沿海的围填海仍旧处于高潮建设期，且围填海的具体用途多样。图1为2012年度新增围填海图斑的分布情况，可见围填海的建设分布范围广泛。

图1　研究区域分布图

2.2数据源

从2009年开始，国土资源部开展了每年一度的全国土地利用遥感监测，并在此基础上开展了年度土地变更调查工作。这些高分辨率遥感数据及变更数据，是进行围填海遥感监测的宝贵数据源。本研究采用的遥感影像是QuickBird，WorldView-1，WorldView-2等高分辨率遥感影像。图2是其中代表区域的典型影像(真彩色合成或全色波段显示)。此区域采用的影像主要有WorldView-1全色波段(图上灰色部分)，WorldView-2、QuickBird、“资源一号”02C、“资源三号”和SPOT5的多光谱波段，采用红、绿、蓝波段进行真彩色显示。根据影像的成像质量进行时相的对比筛选，选取的数据源的采集时间均在2012年的10月份左右。

(a) 浙江省普陀区 (b) 浙江省岱山县 (c) 山东省荣成市

图2典型围填海区影像(真彩色合成或全色波段显示)

Fig.2Remote sensing images of typical reclamation areas

3围填海的分类体系

围填海是海域向陆地转变的一个中间态，一般为单向陆地，是一个不可逆的过程。本文拟定的围填海分类体系主要考虑在这个中间态的过程中，力求将海域使用分类体系和土地利用现状分类体系[12]相衔接。在总结全国沿海地区土地利用基本类型、沿海海域主要使用用途以及年度遥感监测围填海图斑特点的基础上，将全国围填海分类体系归纳划分为3个一级类，13个二级类和部分三级类，各类型含义如表1所示，表中耕地、园地、林地和草地不等同于土地利用现状分类中的含义，而是指通过使用开发的围填海已明确用于或是已经用于土地利用现状分类中的耕地、园地、林地和草地。

表1　全国围填海分类体系

全国围填海分类体系的构建思想和过程如下： 以从遥感影像上或是野外实地考察可见的且改变海岸线的事实土地或是建设用途的相关附属设施为对象，基于土地利用和海域分类体系以围填海图斑的具体用途和形成机理为原则进行分类划分。首先是完全排除海域中的“开放式”用海方式和部分其他方式，如浴场、专用航道和海底隧道等，这些是基于影像难以监测且没有形成事实土地的类型； 然后衔接2种分类体系中有通用用途或是围填海属性的类型，如工业、交通、旅游娱乐和造地工程等。为了更好的体现海域、中间态围填海和土地利用类型3者间的关系，围填海分类体系便是体现三者关系的一个落脚点。本文的围填海分类体系根据围填海的用途和建设程度进行分类，其中，二级类的设置着重考虑了将土地利用现状分类体系和海域使用分类体系衔接的问题，具体情况如下：

1)渔业。渔业用海可细分为渔业基础设施用海、围海养殖用海和开放式养殖用海3个子类。此处的渔业围填海是可监测且具有围填海属性的部分渔业基础设施和围海养殖用海。

2)耕地、园地、林地、草地、设施农用地。耕地、园地、林地和草地是土地利用现状分类中的具有农业性质的4个一级类； 设施农用地是其他土地中具有农业性质的二级类。而海域使用分类体系一级类造地工程用海下的二级类农业填海造地用海被定义为通过筑堤围割海域，填成土地后用于农、林、牧业生产的海域，用海方式为农业填海造地。本研究中这5类用海类型为农业用途，包括为种植粮食作物、木本和草本作物、林木、草本植物和经营性养殖而进行的围填海，包括新开发、开发中和已用于农业的围填海。

3)工矿。土地利用现状分类中的第6大类工矿仓储用地及其3个子类即工矿用地、采矿用地和仓储用地，都和沿海地区的许多围填海的用途相一致。海域使用分类体系将工业用海定义为开展工业生产所使用的海域，其下又有盐业、固体矿产开采海、油气开采、船舶工业、电力工业、海水综合利用和其他工业用海7大类。这2个体系在此围填海类型的用途上是相通的。通过对比总结我国沿海围填海开发的主要用途和数量，又将该基本类型进行了3级划分，具体设置情况见表1。

4)交通运输。土地利用现状分类将第10大类交通运输用地分为铁路用地、公路用地、街巷用地、农村道路、机场用地、港口码头用地和管道运输用地7个子类。海域使用分类体系将交通运输用海分为港口用海、航道用海、锚地用海和路桥用海4个子类。通过对比分析，认为海域使用分类体系中的航道用海和锚地用海在遥感影像上难以监测且与土地利用现状分类很难衔接，故将这2类舍掉； 而土地利用现状分类中的街巷用地和农村道路也很难在沿海地区围填海中体现，故也对其进行了删减。为此，综合考虑2种分类体系和遥感可解译程度保留了港口和路桥2个3级围填海类。

5)旅游娱乐。土地利用现状分类的第8大分类公共管理与公共服务用地的第8个子类风景名胜实施用地被描述为风景名胜(包括名胜古迹、旅游景点、革命遗址等)景点及管理机构的建筑用地。海域使用分类体系将旅游娱乐用海定义为开发利用滨海和海上旅游资源，开展海上娱乐活动所使用的海域，且包含旅游基础设施用海、浴场用海和游乐场用海3个子类。本研究中的旅游娱乐用海类是在这2种分类体系的基础上，综合考虑在遥感影像上的可解译程度，定义为： 为开展滨海旅游资源和娱乐活动而进行的围填海，涵盖旅游码头、景观建筑、宾馆及旅游用人工岛等旅游基础设施，包括新开发、开发中和已用于旅游娱乐的围填海。

6)城建。土地利用现状分类的第7类住宅用地以及特殊类开展农村土地调查时所使用的城镇村及工矿用地划分中的城市、建制镇和村庄都是与城镇建设用海相关的。海域使用分类体系中的一级子类造地工程用海下的一个二级类城镇建设填海造地用海也是与城镇建设有关的。在围填海的监测过程中就有很大的围填海工程是用来建设城镇的，而这种大图斑通常不适宜再分割为工矿用海或交通用海，为此将其综合命名为城建围填海。

7) 其他建设。借鉴土地利用现状分类中的其他土地和海域使用分类体系中的其他用海，本研究中将上述围填海类型以外的建设用围填海归为其他建设用海。

8) 填海、围海。填海和围海都是围填海在建过程中的一个阶段或是状态，土地利用现状分类中不含有该用地类型； 海域使用分类体系因为是针对成熟用海类型的，因而也不包括该类型； 本研究根据围填海的形成和形状特点，将具体用途暂时难以通过遥感监测或是野外调查获取的围填海图斑归类为在建围填海用途，包括围海和填海。

4围填海的解译标志

制定围填海分类体系是用来服务于全国范围的围填海年度监测变化分析，基于分析首先要做的是提取和判读围填海图斑。本研究基于目视解译方法[13]建立起来的围填海解译标志是以QuickBird，WorldView-1，资源三号(ZY-3)等高分辨率遥感卫星影像为数据源。因研究区所需时相的遥感影像质量和空间分辨率等问题，本研究综合利用了多源、多时相、多分辨率、全波段和多波段影像来建立围填海解译标志。选择应用高空间分辨率遥感影像的原因是其具有空间分辨率高、纹理清晰、细节表现力强和可利用先验知识多等特点。本研究中所建立的围填海解译标志和围填海的分类体系是统一的，所有的围填海解译标志都是在野外调查中对实际地物及其遥感影像特征进行对照验证后形成的。野外代表性研究区分别选在山东省威海市荣成市、浙江省舟山市普陀区和岱山县。围填海分类体系相应的解译标志汇总如表2。由于数据源是1 a度的遥感影像，因此所建立的围填海解译标志并不能全部概括围填海分类体系的所有可能，还需根据后期的影像进行增补。

表2　围填海解译标志及其描述

5结论与讨论

制定围填海分类体系是围填海有效监测的一个关键问题，它将贯穿于整个围填海的监测，包括提取、解译、统计和分析等环节，合理的分类体系会提高管理的有效性和监管的高效性。通过此体系的应用和研究得出以下结论：

1)把围填海分类体系拓展至全国范围，而不仅仅是局部地区，更有利于为政府部门的相关决策提供技术支持。本研究提取的围填海分类体系是适用于全国范围内的围填海监测，拟在每年年度土地变更调查的基础上，拓展土地利用年度变更遥感监测应用至围填海领域，监测全国围填海的类型及分布。

2)围填海提取的前提是明确其内涵，本研究在总结前人成果的基础上对围填海的定义做了新的归纳，并将其作为围填海提取的标准，参与提取分析。

3)研究中制定的围填海分类体系主要有3个特点。一是具有动态性，这主要体现在第3类在建围填海上，随着时间的推移，阶段的填海或围海会逐渐演变为农业或建设用途，进而再演变为成熟土地类型，因此，此类可以体现围填海的动态演变特点。二是具有土地利用现状分类和海域使用分类体系的衔接性，通过二级基本类的分析可以看到土地利用现状分类和海域使用分类体系的衔接关系。三是便于统计分析。新建围填海分类体系与《全国海洋功能区划》(2011—2020年)的分区吻合度高，通过将每一类围填海图斑与海洋功能区划的各个区进行叠加，就可以看出围填海建设与海洋功能区划的符合程度，进而便于统计分析。

4)本文给出了较清晰的基于高分辨率影像分类体系的解译标志，可以为围填海遥感信息的快速提取提供参考。但是因土地部门业务化的遥感监测是一年一次，而围填海大工程多是跨年度的，所以在以一年为周期的监测中，进行图斑解译具有局限性，通过将监测图斑与地方部门调查相结合可以较好地解决疑难图斑的解译，使围填海图斑分类精度更高。

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(责任编辑： 李瑜)

Establishment of remote sensing monitoring classification system and interpretation criteria for the reclamation area based on the high-resolution remote sensing image

WEN Li1, WU Haiping1, JIANG Fangfang2, SU Wei2, ZHU Dehai2, ZHANG Chao2

(1.ChinaLandSurveyingandPlanningInstitute,MinistryofLandResources,Beijing100035，China;2.CollegeofInformationandElectricalEngineering,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China)

Abstract:Reclamation is a double-edged sword: on the one hand, it can ease the shortage land resources, but on the other hand, it also brings serious negative effect to the coastal ecological environment. The first step is to make the classification system of reclamation in order that the government can monitor and manage reclamation reasonably for controlling and making decision. Reclamation is an intermediate process from sea to land, and this paper tries to connect sea use classification system and status of land use classification so as to make the classification system used in reclamation annual monitoring by remote sensing based on the level of multi-source high-resolution remote sensing image which can be interpreted, the definition of reclamation, the use properties and formation mechanism of reclamation and other factors. In addition, corresponding to the reclamation classification system of remote sensing monitoring, this paper has established remote sensing monitoring interpretation criteria of reclamation based on multi-source high-resolution remote sensing image.

Keywords:reclamation; remote sensing monitoring; classification system; interpretation criteria; high-resolution remote sensing image

通信作者：姜方方(1989-)，女，研究生，主要从事遥感应用方面的研究。Email: jff0703@163.com。

作者简介：第一 温礼(1977-)，男，高级工程师，主要从事遥感技术在土地方面的应用研究。Email: wli1978@163.com。

中图法分类号：TP 79

文献标志码：A

文章编号：1001-070X(2016)01-0172-06

基金项目：北京高等学校青年英才计划项目“基于地基激光雷达的大田玉米长势监测方法研究”(编号： YETP0316)和中国土地勘测规划院业务项目“2014年遥感监测专题(监测)分析”(编号： 201405510810608)共同资助。

收稿日期：2014-05-09；

修订日期：2014-12-10

doi:10.6046/gtzyyg.2016.01.25

引用格式： 温礼,吴海平,姜方方,等.基于高分辨率遥感影像的围填海图斑遥感监测分类体系和解译标志的建立[J].国土资源遥感,2016,28(1):172-177.(Wen L,Wu H P,Jiang F F,et al.Establishment of remote sensing monitoring classification system and interpretation criteria for the reclamation area based on the high-resolution remote sensing image[J].Remote Sensing for Land and Resources,2016,28(1):172-177.)