吳正鵬，奚歌，王健潔

(1.天津市測(cè)繪院，天津 300381； 2.國(guó)家海洋信息中心，天津 300171)

基于多源遙感影像的圍填海監(jiān)測(cè)
——以天津南港工業(yè)區(qū)為例

吳正鵬1?，奚歌2，王健潔1

(1.天津市測(cè)繪院，天津 300381； 2.國(guó)家海洋信息中心，天津 300171)

以2008年～2011年間11個(gè)時(shí)段的SPOT－5、ALOS、WorldView－2影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在ERDAS IMAGE的支撐下，采用計(jì)算機(jī)解譯和目視判讀相結(jié)合的影像解譯方法，分別提取天津南港工業(yè)區(qū)不同時(shí)期的圍填海信息，并對(duì)其進(jìn)行定量監(jiān)測(cè)和定性分析。最后，結(jié)合我國(guó)圍填海管理現(xiàn)狀，對(duì)多源衛(wèi)星遙感影像變化檢測(cè)技術(shù)在海岸帶監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

遙感；圍填海；天津南港工業(yè)區(qū)；監(jiān)測(cè)

1 前 言

海洋是人類可持續(xù)發(fā)展的重要基地，也是人類未來(lái)生存發(fā)展的希望。目前世界各沿海國(guó)家，面對(duì)有限的土地資源，都在向海洋要土地，圍填海開(kāi)發(fā)成為海洋開(kāi)發(fā)的重要組成部分。

對(duì)于“圍填海”目前尚沒(méi)有明確的定義，現(xiàn)有研究資料和調(diào)查成果中通常引用“填海”、“圍?！?、“灘涂圍墾”、“圍海造陸”、“填海造地”等術(shù)語(yǔ)。國(guó)家海洋局編制的《海域使用分類體系》對(duì)“填海造地”和“圍?！钡亩x如下:“填海造地，指筑堤圍割海域填成土地，并形成有效岸線的用海方式；圍海，指通過(guò)筑堤或其他手段，以全部或部分閉合形式圍割海域進(jìn)行海洋開(kāi)發(fā)的用海方式”。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，圍填海包含圍海和填海兩種用海方式。圍海是指以全部閉合形式圍割海域進(jìn)行海洋利用的方式，包含沿海岸進(jìn)行海域圍割的用海方式和全部在海中進(jìn)行筑堤圍割的用海方式；填海指將海域填成土地，形成岸線的用海方式，包括直接填充和先進(jìn)行圍割再填充兩種情況。

本文結(jié)合研究目的界定圍填海內(nèi)涵，即通過(guò)人為在海岸線外進(jìn)行圍海和填?；顒?dòng)，改變指定海域?qū)傩?，從而?duì)其進(jìn)行有效利用的方式。

2 遙感影像變化檢測(cè)概述

遙感圖像變化檢測(cè)是一門(mén)根據(jù)遙感圖像和參考數(shù)據(jù)不同時(shí)相的觀測(cè)來(lái)提取、描述感興趣物體或現(xiàn)象隨時(shí)間變化的特征，并定量分析、確定其變化的理論和方法；基本原理是依據(jù)地物在遙感影像中所反映出的灰度信息和邊緣特征的個(gè)性差異，給定同一地區(qū)的多個(gè)時(shí)相的單波段或多波段遙感圖像(在條件可能的情況下，可以配備一定的輔助數(shù)據(jù)以提高檢測(cè)精度)，采用圖像處理和分析的方法，檢測(cè)出該地區(qū)的地物或目標(biāo)有無(wú)變化，并對(duì)變化做出定性或定量分析。

3 天津南港工業(yè)區(qū)概況

天津南港工業(yè)區(qū)，即“天津南港”，位于渤海灣天津市濱海新區(qū)海岸線南部(區(qū)位圖如圖1所示)，具有極為重要的戰(zhàn)略意義，是《天津市空間發(fā)展戰(zhàn)略研究》確定的“雙城雙港、相向拓展、一軸兩帶、南北生態(tài)”總體戰(zhàn)略的核心部署，是天津市落實(shí)“雙城雙港”城市總體空間發(fā)展戰(zhàn)略的重要節(jié)點(diǎn)。

圖1 天津南港工業(yè)區(qū)區(qū)位圖

南港工業(yè)區(qū)自2008年初開(kāi)始施工建設(shè)，范圍(如圖1所示)西起津歧公路，東向東圍海造陸至－4 m等深線，北起獨(dú)流減河右治導(dǎo)線以北新建防波堤，南至青靜黃左治導(dǎo)線；規(guī)劃面積約 200 km2，其中陸域面積162 km2，海域面積38 km2。

4 天津南港圍填海監(jiān)測(cè)

本項(xiàng)目的目的是監(jiān)測(cè)天津南港工業(yè)區(qū)填海造地總體進(jìn)程。項(xiàng)目的總體實(shí)施思路是:收集自2008年至今的衛(wèi)星影像，在遙感數(shù)據(jù)處理軟件ERDAS IMAGE的支撐下對(duì)基準(zhǔn)影像進(jìn)行精糾正并將其他時(shí)段影像與其精確配準(zhǔn)；結(jié)合具體需求從11個(gè)時(shí)段的影像中選取7期能反映天津南港填海造地進(jìn)程的關(guān)鍵影像，利用遙感影像變化檢測(cè)手段(計(jì)算機(jī)解譯、目視判讀相結(jié)合)提取圍海、填海造地變化信息并進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析?？傮w實(shí)施方案如圖2所示。

圖2 圍填海監(jiān)測(cè)總體實(shí)施方案

4.1 遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集情況

目前，衛(wèi)星遙感技術(shù)已形成多平臺(tái)、多傳感器、多分辨率共同發(fā)展的局面。遙感衛(wèi)星包括資源衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等，所獲取的遙感信息具有厘米級(jí)到千米級(jí)的多種尺度，重訪周期從1 d～50 d不等，在獲取資源環(huán)境空間和時(shí)間信息方面構(gòu)成很好的互補(bǔ)關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，用于小區(qū)域地形變化監(jiān)測(cè)的常用衛(wèi)星主要有IKONOS、QuickBird、SPOT－5、IRSP5、ALOS、GeoEye、“WorldView”系列等。

針對(duì)本項(xiàng)目特點(diǎn)(重點(diǎn)關(guān)注填海造地進(jìn)程、兼顧落地項(xiàng)目建設(shè)情況)，綜合分析遙感影像尺度效應(yīng)、地面分辨率、重訪周期、影像質(zhì)量特征、數(shù)據(jù)接收能力、衛(wèi)星數(shù)據(jù)存檔及過(guò)境資源占用情況等影響因素，最終確定以SPOT－5、WorldView－2為主，ALOS為輔的數(shù)據(jù)收集方案。截止2011年9月底，共收集7期SPOT－5、1期ALOS、3期WorldView－2數(shù)據(jù)，具體情況如表1所示。

南港工業(yè)區(qū)遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)列表 表1

4.2 基準(zhǔn)影像選取及數(shù)據(jù)處理

基準(zhǔn)影像是其余時(shí)段影像精確配準(zhǔn)的基礎(chǔ)，其幾何糾正精度直接決定了后期圍填海監(jiān)測(cè)(圍海及填海造地面積量測(cè))的精度，選取基準(zhǔn)影像時(shí)應(yīng)考慮以下幾方面因素:①影像現(xiàn)勢(shì)性；②空間分辨率。

由于本項(xiàng)目收集的衛(wèi)星影像多為存檔數(shù)據(jù)，而2011年2、3季度數(shù)據(jù)為編程接收，通過(guò)對(duì)比分析所收集的9期存檔數(shù)據(jù)，2010年4季度WorldView－2數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性最好且空間分辨率明顯優(yōu)于其余8期影像，因此將其確定為基準(zhǔn)影像。此后，在ERDAS IMAGE軟件中，利用外業(yè)像控點(diǎn)(針對(duì)圍填海監(jiān)測(cè)新增地物多、地貌變化大的特點(diǎn)，像控點(diǎn)必須外業(yè)測(cè)量)采用二次多項(xiàng)式模型將其分波段(全色、多光譜)糾正并完成影像融合、自然色轉(zhuǎn)換、色彩調(diào)整等工作。

4.3 多時(shí)段影像精確配準(zhǔn)

以經(jīng)過(guò)正射糾正、影像融合處理的2010年4季度WorldView－2影像為基準(zhǔn)，使用ERDAS IMAGE軟件對(duì)其余時(shí)段的影像采用二次多項(xiàng)式擬合進(jìn)行幾何配準(zhǔn)，用雙線性內(nèi)插法重采樣生成新影像文件，配準(zhǔn)精度控制在1個(gè)像素以內(nèi)。

4.4 確定關(guān)鍵時(shí)段影像

將經(jīng)過(guò)精確配準(zhǔn)的所有時(shí)段影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入ERDAS IMAGE軟件中，結(jié)合具體需求采用Blend、Swipe、Flicker等工具對(duì)比分析確定關(guān)鍵時(shí)段影像。本文針對(duì)不同分析需求選擇2009年1、3季度，2010年2、4季度，2011年3季度影像作為圍海進(jìn)程監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；2009年3季度，2010年4季度，2011年2季度影像作為填海造地監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4.5 圍填海監(jiān)測(cè)及分析

天津南港工業(yè)區(qū)采用吹填淤泥填海造陸技術(shù)分填筑圍堤、吹填淤泥兩個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施圍填海工程。針對(duì)此特點(diǎn)，借助計(jì)算機(jī)解譯和目視判讀相結(jié)合的遙感影像解譯手段，將圍填海進(jìn)程監(jiān)測(cè)及分析分圍海、填海造地兩方面進(jìn)行。圖3、圖4分別顯示天津南港工業(yè)區(qū)不同時(shí)段圍海、填海造地變化區(qū)域；表2分不同時(shí)段就圍海、填海造地面積進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

圖3 圍海進(jìn)程示意圖

圖4 填海造地進(jìn)程示意圖

綜合分析表2中的數(shù)據(jù)，有如下結(jié)論:①2008年1季度～2009年1季度新增圍海面積約 15.73 km2，填海造地尚未啟動(dòng)；由于初天津南港工業(yè)區(qū)建設(shè)方案2008年獲批并付諸實(shí)施，所劃撥陸域部分土地尚有大面積鹽田、池塘、溝渠等需要整理，因此初期圍填海進(jìn)程緩慢。②2009年1季度～2009年3季度新增圍海面積約7.11 km2，填海造地面積約15.73 km2，圍填海進(jìn)程較快，陸域部分土地整理停滯。③2009年3季度～2010年2季度，新增圍海面積約 1.38 km2，填海造陸面積未變；此間圍填海進(jìn)程緩慢，經(jīng)結(jié)合兩期影像綜合分析，主要工作集中陸域土地整理。④2010年2季度～2010年4季度，新增圍海面積約34.23 km2，填海造地面積約 8.47 km2；圍填海進(jìn)程較快，陸域土地整理工作同步進(jìn)行。⑤2010年4季度～2011年2季度，圍海面積沒(méi)有變化，新增填海造地面積約16.77 km2；填海造地進(jìn)程較快，陸域土地整理工作基本完成。⑥2011年 2季度～2011年 3季度，圍?？偯娣e約20.53 km2，填海造地面積未變。

天津南港工業(yè)區(qū)圍填海進(jìn)程統(tǒng)計(jì)表 表2

4.6 小結(jié)

截止2011年底天津市通過(guò)實(shí)施大規(guī)模填海，初步建成東疆港區(qū)、南疆港區(qū)、臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)、南港工業(yè)區(qū)、中心漁港、濱海旅游區(qū)等產(chǎn)業(yè)功能區(qū)，今后還將繼續(xù)下去。因此，針對(duì)該區(qū)域海域變化可能造成的生態(tài)和環(huán)境影響，開(kāi)展長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，可以為該區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展提供理論指導(dǎo)和科學(xué)依據(jù)。

5 應(yīng)用展望

當(dāng)前我國(guó)在圍填?；顒?dòng)方面有詳細(xì)規(guī)劃、控制更加嚴(yán)格，但規(guī)劃和控制并不能完全消除填海造地對(duì)海灣形狀、岸線、面積等的影響，進(jìn)而多方面影響海灣水生態(tài)系統(tǒng)；同時(shí)，圍填海對(duì)海域生態(tài)環(huán)境造成的影響多是不可逆的。多源(多時(shí)相)衛(wèi)星遙感影像變化檢測(cè)與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)體系是進(jìn)行海岸帶監(jiān)測(cè)的最高效手段，可以快速、有效地對(duì)海岸帶及其海域空間變化進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，具有宏觀、快速、準(zhǔn)確、直觀等特點(diǎn)。同時(shí)，運(yùn)用定量檢測(cè)和定性分析相結(jié)合的手段，可以增強(qiáng)海岸帶監(jiān)測(cè)的科學(xué)性和精確性，從而為海岸帶及其海域的科學(xué)管理和合理開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

[1]張漢松.基于對(duì)象的海岸帶地物變化遙感檢測(cè)技術(shù)的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2010.

[2]劉琴琴.基于3S技術(shù)的廣東省圍填海調(diào)查與分析[D].濟(jì)南：山東科技大學(xué)，2010.

[3]李志剛，李小玉，高賓等.基于遙感分析的錦州海灣填海造地變化[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22(4)：943～949.

[4]王娟，卜志國(guó)，崔先國(guó)等.遙感技術(shù)在海岸帶監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，29(3)：20～25.

[5]邱惠燕，曹文志.基于遙感影像的廈門(mén)市填海造地的進(jìn)程研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2009，34(9)：25～28.

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[7]宋紅，陳曉玲.基于遙感影像的深圳灣填海造地的初步研究[J].湖北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，26(3)：259～263.

Reclamation M onitoring Based On The M ulti－Source Remote Sensing Image——As an Example of Tianjin Nangang Industrial Zone

Wu Zhengpeng1，Xi Ge2，Wang Jianjie1
(1.Tianjin Institute of Surveying and Mapping，Tianjin 300381，China；2.National Marine Data Information＆Service，Tianjin 300171，China)

Based on the 11 period satellite images of SPOT－5，ALOS，WorldView－2 from 2008 to 2011，extract the reclamation information in different periods of Tianjin Nangang industrial zone while quantitative monitor and qualitative analysis was done separately by using the software of ERDAS Image and image interpretationmethod combined with computer and visual interpretation.Finally，according to reclamation management situation in China，the future prospect of multi－source satellite remote sensing images change detection technology and its application in coastal zone monitoring was proposed.

Remote Sensing；Reclamation；Tianjin Nangang Industrial Zone；Monitor

2012—04—10

吳正鵬(1981—)，男，高級(jí)工程師，主要從事攝影測(cè)量與遙感數(shù)據(jù)處理、應(yīng)用研究工作。

1672－8262(2012)06－77－04

P231.5

A