基于多源遥感数据的三峡库区岸线利用类型监测分析

2023-01-18冯精金

水利水电快报 2023年1期

冯精金，夏辉，王成

(1.长江空间信息技术工程有限公司(武汉)，湖北武汉 430010； 2.长江卫星遥感应用研究中心，湖北武汉 430010)

0 引言

河流岸线被定义为河流与陆地的分界线，是一种宝贵的自然资源[1- 2]。三峡库区岸线是沿江重要国民经济设施建设的载体，在长江经济带战略中具有重要作用，也在保障防洪、供水、通航安全、河势稳定及三峡大坝安全等方面发挥重要功能。但是随着库区经济社会的快速发展，对长江的依赖程度越来越高，三峡库区岸线开发利用与保护之间的矛盾日益突出。

国家对长江的生态环境保护工作十分重视，岸线资源利用和保护的监测工作意义重大[3]。卫星遥感具备视域广、时效性高、观测连续性强等特点，在岸线监测调查工作中发挥极其重要的作用。殷守敬等[4]利用高分二号、资源三号和高分一号卫星遥感数据对长江干流岸线类型开展监测分析；桑国庆等[5]则提出了基于“空天地一体化”河湖水域岸线遥感监测监管模式；陈黎等[6]利用民用轻型无人机精准筛查岸线中整改措施未落实或整改不到位等监管需掌握的问题区域。

综上，目前国产高分辨率卫星发展迅速，数据的空间分辨率、时间分辨率、可获得性等都有长足进步。同时，无人机技术的发展也日益成熟，为三峡岸线利用状况的监测和分析提供了便利条件。本文结合高分辨率卫星、无人机遥感技术和GIS技术，提出了基于多源遥感数据的三峡库区岸线利用类型监测技术体系，对2020年三峡库区重点岸线奉节至夷陵段的利用状况开展监测。

1 研究区概况

1.1 三峡库区基本情况

三峡库区位于重庆市中部、东部和湖北省西部，库区范围涉及重庆市主城9区以及江津区、长寿区、武隆区、涪陵区、丰都县、石柱县、忠县、开州区、万州区、云阳县、奉节县、巫溪县、巫山县等22个区(县)和湖北省巴东县、兴山县、秭归县和夷陵区4个区(县)，是一座典型的河道型水库。

1.2 三峡库区岸线范围

关于河流岸线位置与范围的界定方法，国内专家学者在涉及岸线资源利用和功能评估等研究工作中通常认为，河流岸线是河流两侧水陆边界一定范围内的带状区域[7-10]。本研究对三峡库区岸线范围的划分参考了《全国河道(湖泊)岸线利用管理规划技术细则》中临水控制线和外缘控制线的定义，并依据《三峡后续工作规划》中规划基准年(2008 年)的消落区范围，选取177 m移民迁移线作为三峡库区岸线的外缘控制线，选取防洪限制水位145 m接汛期80%洪水流量的回水水面线作为三峡库区岸线的临水控制线[11]。根据统计，三峡库区岸线总长度5 711 km(消落区上边线)，本研究选取奉节至夷陵段重点岸线作为研究对象，岸线总长度为1 182.53 km，位置如图1所示。

2 研究方法

本研究结合高分辨率卫星、无人机遥感技术和GIS技术，提出了基于多源遥感数据的三峡库区岸线利用类型监测技术体系。研究内容主要包括三峡岸线利用类型分类体系和基于多源遥感数据的三峡库区岸线利用类型监测方法。

岸线的分类方法主要有2种：一是根据岸线自然属性，如岸线物质组成、岸线形态等来划分岸线类型[12]；二是根据岸线土地利用类型(如港口、码头、大桥、轮渡以及城镇等)的分类体系，或岸线项目与河道之间空间位置关系(如跨河、穿河、临河和拦河项目等)的分类体系[13-15]。本研究综合考虑了三峡库区岸线土地利用类型以及岸线项目与河道的关系，提出了如表1所示的分类体系。

表1 三峡库区岸线类型Tab.1 Shoreline types of Three Gorges Reservoir area

本研究在上述岸线利用类型分类体系基础上，提出基于多源遥感数据的三峡库区岸线利用类型监测方法。技术路线如图2所示。

图2 技术路线Fig.2 Technology roadmap

3 数据准备及处理

3.1 卫星遥感数据处理

本研究卫星遥感影像数据见表2。同时，以区域内空间分辨率为30 m的ASTERGDEM数字高程模型数据为控制、纠正的基础，进行几何校正(平原地区误差在1个像元以内，山地地区控制在2～3个像元)、影像融合、影像镶嵌、色彩调整、纠正误差分析与处理等影像预处理。

表2 卫星遥感影像数据Tab.2 Satellite remote sensing image data sheet

3.2 解译标志建立

影像解译标志是指用以识别区分不同地物的典型影像特征[16]。参照本研究提出的三峡库区岸线土地利用分类体系，基于影像色彩、图像标志、阴影及纹理等方面的影像特征构建解译标志库，采用人机交互解译方式进行影像分类。

3.3 无人机航测复核

针对重点区域进行无人机航测复核，对卫星遥感解译的岸线类型进行空间特征和属性信息的核实、修改和完善。本研究使用大疆精灵4多旋翼无人机进行航测复核，无人机飞行高度为120～250 m，地面分辨率为3.3～6.8 cm，每个架次的飞行时间为20～30 min，覆盖岸线长度为2～3 km。

4 结果与分析

根据上文所述的数据和研究方法，得到2020年该段岸线的利用情况。

4.1 岸线长度统计

岸线长度统计结果见图3。由图3可知：该段岸线的资源数量在空间上分布不均，岸线总长度为1 182.53 km，其中，上游岸线长度为335.13 km，占比为28.34%；中游岸线长度为680.03 km，占比为57.51%；下游岸线长度仅为167.36 km，占比为14.15%。

图3 岸线长度和占比统计Fig.3 Statistics of length and proportion of shoreline

4.2 岸线利用特征

不同利用类型岸线长度统计见图4。该段岸线的整体利用率为30.11%，主要的岸线利用方式是生活岸线和港口岸线，长度分别为147.58 km和82.02 km，分别占岸线总长度的12.48%和6.94%。

图4 各类型岸线长度统计Fig.4 Statistics of different types of shoreline length

各段不同类型岸线长度和所占比例见图5，6。由图可知：上游对岸线开发利用程度较高，利用率为46.86%，主要利用方式为生活岸线和堤防工程岸线，长度分别为69.13 km和34.31 km，占该段岸线总长度的比例分别为20.63%和10.24%；中游的岸线利用率为23.28%，主要利用方式为生活岸线和港口岸线，长度分别为68.53 km和38.16 km，占该段岸线总长度的比例分别为10.08%和5.61%；下游岸线利用率为24.30%，由于面临更大的防洪压力，主要岸线利用方式为堤防工程岸线和生活岸线，长度分别为14.49 km和9.92 km，占该段岸线总长度的比例分别为8.66%和5.93%。