3S技術(shù)在遼寧省海島地名普查中的應(yīng)用

雷利元,張 笑,尤廣然,趙東洋,吳英超

(遼寧省海洋水產(chǎn)科學(xué)研究院,遼寧 大連 116023)

0 引 言

近年來(lái),隨著現(xiàn)代技術(shù)的迅速發(fā)展,3S技術(shù)即遙感技術(shù)(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)在軍事、民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。美國(guó)是最早應(yīng)用3S技術(shù)的國(guó)家,70年代初期首先應(yīng)用于軍事,在導(dǎo)航、情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)、應(yīng)急通訊和氣象衛(wèi)星、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域走在世界前列[1]。隨后世界各國(guó)競(jìng)相研發(fā),3S技術(shù)日趨成熟,是軍事領(lǐng)域不可或缺的手段,同時(shí)在民用領(lǐng)域,如在國(guó)土資源調(diào)查與管理[2]、城市規(guī)劃[3-4]、車船導(dǎo)航[5]等方面應(yīng)用也十分廣泛。3S技術(shù)可以說(shuō)是科技領(lǐng)域中的一場(chǎng)革命,它的發(fā)展與應(yīng)用對(duì)今天的數(shù)字化和信息化建設(shè)具有重大意義[6]。

3S技術(shù)也是科學(xué)研究的重要手段,它改變了傳統(tǒng)的調(diào)查方法,具有更直觀、數(shù)字化、信息化的特點(diǎn),也是目前大范圍調(diào)查、區(qū)域調(diào)查的首選方式。本文所探討的遼寧省海島地名普查采用了3S技術(shù),運(yùn)用RS技術(shù)解譯影像獲取海島位置、面積、岸線長(zhǎng)度、植被類型等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、利用GPS技術(shù)快速準(zhǔn)確導(dǎo)航定位和測(cè)量歷史文化遺跡、燈塔、碼頭等海島特征地物點(diǎn)、在GIS平臺(tái)上進(jìn)行海島地名信息和地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的集成及數(shù)據(jù)信息化建設(shè),全面展示了遼寧省海島地名普查成果。

1 3S技術(shù)在遼寧省海島地名普查中的應(yīng)用

遼寧省海島地名普查作為全國(guó)海域海島地名普查工作的重要組成部分,按照國(guó)家和遼寧省有關(guān)要求必須在全部外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上,確定全省海島數(shù)量,查清海島地名現(xiàn)狀,掌握海島基礎(chǔ)地理要素、社會(huì)屬性和生態(tài)環(huán)境,包括海島地理位置、岸線長(zhǎng)度、陸域面積、近陸距離、高程、居住人口、開發(fā)利用現(xiàn)狀等,同時(shí)要求按規(guī)定程序?qū)u進(jìn)行命名、更名等名稱標(biāo)準(zhǔn)化處理,同時(shí)開拓性的設(shè)置海島名稱標(biāo)志和建立海島地名信息系統(tǒng)[7]。

1.1 RS技術(shù)應(yīng)用

遙感技術(shù)(RS)主要用于獲取海島的地理位置、量算海島面積與岸線長(zhǎng)度、識(shí)別植被類型和制作外業(yè)實(shí)地勘測(cè)時(shí)的調(diào)查工作圖。應(yīng)用方法是把前期收集到各個(gè)時(shí)期的遙感影像圖通過(guò)GIS,識(shí)別海島及提取其位置坐標(biāo),量算海島面積和岸線長(zhǎng)度,解譯植被類型,形成外業(yè)調(diào)查遙感目錄及地理基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)層,作為外業(yè)實(shí)地普查目錄一個(gè)重要的數(shù)據(jù)源和不可或缺的參考資料。它與前期各種史志文獻(xiàn)資料整理和海圖、地形圖矢量化形成的資料整理目錄進(jìn)行疊加研究,形成最終的完整的海島外業(yè)普查目錄,同時(shí)這種研究跟實(shí)地調(diào)查相結(jié)合對(duì)調(diào)查方案的制定、對(duì)調(diào)查路線、調(diào)查目標(biāo)的確定及實(shí)施將非常具體和高效。同時(shí)根據(jù)海島在遙感影像中顯現(xiàn)的形狀進(jìn)行海島命名、更名,成為海島名稱標(biāo)準(zhǔn)化處理一種重要途徑和手段。另外,在對(duì)海島的判別、面積和岸線長(zhǎng)度量算和植被類型分析中遙感技術(shù)因受遙感影像成像瞬時(shí)性、海洋潮汐潮差等影響,應(yīng)用受到了一定限制。

1.2 GPS技術(shù)利用

全球定位系統(tǒng)(GPS)主要用于現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別海島導(dǎo)航定位、繞島記錄航跡線及登島勘察測(cè)量。因在GIS中將外業(yè)調(diào)查的遙感目錄與資料整理目錄進(jìn)行疊加形成外業(yè)普查目錄的信息來(lái)源中,在各個(gè)時(shí)期的史志文獻(xiàn)資料中存在歷史資料不盡詳細(xì)和準(zhǔn)確可信,圖形圖件資料中存在坐標(biāo)系不明確或者不統(tǒng)一以及紙質(zhì)圖件矢量化過(guò)程中的誤差,遙感影像提取的信息受其成像時(shí)間和空間精度的影響,一些信息的準(zhǔn)確性、完備性不全面,尤其可能存在尚未掌握的海島及地名信息,如何判斷、界定和甄別這些信息,按照調(diào)查實(shí)施方案運(yùn)行研究課題,一是需要現(xiàn)場(chǎng)勘察和確認(rèn),特別部分海島面積小,靠人的視野很難辨別,這就需要通過(guò)GPS的導(dǎo)航定位到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)和判別海島體是否存在或者滅失。二是按照調(diào)查規(guī)程的要求利用GPS技術(shù)在繞島過(guò)程中記錄航跡線和登島調(diào)查時(shí)測(cè)量海島的地理位置、名稱標(biāo)志、歷史文化遺跡、碼頭和燈塔等海島特征地物點(diǎn)及島上的開發(fā)利用現(xiàn)狀。三是外業(yè)調(diào)查中使用的數(shù)碼照相機(jī)帶有GPS定位模塊,現(xiàn)場(chǎng)拍攝的照片具有地理坐標(biāo)信息,通過(guò)特定的GIS能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)拍攝的照片進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和查詢拍攝地點(diǎn)的地理坐標(biāo)。在外業(yè)勘查測(cè)量時(shí),登島調(diào)查的測(cè)量數(shù)據(jù),獲取的準(zhǔn)確度及可靠性較好把握,但由于部分海島面積小、島體陡峭,周邊海域暗礁眾多,無(wú)法靠近和登陸,在測(cè)量上特別是確定海島地理位置方面遇到一些技術(shù)上的問(wèn)題需要解決,采取與GIS、RS技術(shù)聯(lián)動(dòng)的方法,即在海上記錄繞島航跡線、測(cè)量明顯地標(biāo)物位置及其與待測(cè)島嶼的距離、方位,通過(guò)GIS和與現(xiàn)場(chǎng)描繪的相對(duì)位置草圖比對(duì)進(jìn)行推算。

1.3 GIS技術(shù)的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)(GIS)主要用于生成外業(yè)調(diào)查遙感目錄、資料整理目錄和最終外業(yè)普查目錄,建立地名信息數(shù)據(jù)層和對(duì)海島地名信息和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的補(bǔ)充修正,同時(shí)也是海島地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)遙感信息的獲得如海島位置、面積、岸線長(zhǎng)度和植被類型,GPS數(shù)據(jù)錄入與處理,海圖和地形圖的矢量化和數(shù)字化,數(shù)據(jù)的管理與分析等的必備手段。GIS在海島地名普查中數(shù)據(jù)管理、研究和制圖、成圖中顯示了明顯的優(yōu)勢(shì),并對(duì)各類信息進(jìn)行對(duì)比、搜尋、疊加,對(duì)調(diào)查工作和方法進(jìn)行了強(qiáng)勢(shì)補(bǔ)充。建立了海島地名信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的查詢、顯示、分析、統(tǒng)計(jì)和輸出等功能,以快速、便捷和圖文并茂的形式彰顯了遼寧省海島地名信息和海島基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為實(shí)現(xiàn)海島管理科學(xué)化、信息化、數(shù)字化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 3S技術(shù)在遼寧省海島地名普查中的效果

2.1 數(shù)據(jù)數(shù)字化

因收集的史志類、專項(xiàng)調(diào)查、海圖、地形圖、專題圖等資料,以紙質(zhì)資料為主,分屬各個(gè)不同歷史時(shí)期,大都陳舊不全,精度不一,數(shù)據(jù)分散、信息化水平低。通過(guò)GIS技術(shù)對(duì)史志類的文獻(xiàn)資料,進(jìn)行地名數(shù)據(jù)的定位、提取地名信息,對(duì)海圖、地形圖、專題圖等紙質(zhì)圖件資料,進(jìn)行掃描配準(zhǔn)和矢量化,建立了較高效、規(guī)范的數(shù)字化工作流程,先后處理了上萬(wàn)頁(yè)書籍和近千張圖紙,梳理遼寧全省海島地理實(shí)體點(diǎn)位近4 000個(gè)。把海量、繁瑣、多源的文字資料和圖件數(shù)據(jù)處理成規(guī)范、科學(xué)、數(shù)字化的數(shù)據(jù)層,制作了海島外業(yè)調(diào)查工作圖,作為外業(yè)實(shí)地核查、勘測(cè)的重要組成部分和不可或缺的調(diào)查工具,不但大大減少外業(yè)作業(yè)人員的繁重勞動(dòng),同時(shí)保障了外業(yè)工作高效高質(zhì)的順利進(jìn)行。

2.2 數(shù)據(jù)集成信息化

通過(guò)3S技術(shù)的使用,經(jīng)過(guò)近4年的時(shí)間,完成了遼寧省海島地名普查。并且結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和GIS軟件平臺(tái),在綜合考慮系統(tǒng)通用性、兼容性、功能性的基礎(chǔ)上,對(duì)遼寧沿海17個(gè)縣市區(qū)636個(gè)海島的3萬(wàn)余項(xiàng)屬性數(shù)據(jù)和上萬(wàn)張照片進(jìn)行了集成,建立了遼寧省海島地名信息系統(tǒng),增加遼寧省海島地名信息前期調(diào)查成果的顯示度與可用性,保證了成果數(shù)據(jù)的規(guī)范與統(tǒng)一,為全國(guó)海島地名普查數(shù)據(jù)的整合、銜接創(chuàng)造了條件。同時(shí),促進(jìn)了對(duì)海島使用的時(shí)空分布、變化規(guī)律、結(jié)構(gòu)與布局的認(rèn)識(shí),為遼寧省海島保護(hù)規(guī)劃、海島整治與修復(fù)和海島單島規(guī)劃與單島開發(fā)方案提供了技術(shù)支撐,實(shí)現(xiàn)了海島管理的科學(xué)化、系統(tǒng)化、可視化和業(yè)務(wù)化的管理水平。對(duì)促進(jìn)海島開發(fā)的合理有序性,促進(jìn)海島資源可持續(xù)利用和海洋經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展,對(duì)提升海島管理、執(zhí)法和海島服務(wù)水平具有積極意義。

2.3 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高

采用3S技術(shù),通過(guò)實(shí)地勘察和衛(wèi)星、航空遙感相結(jié)合的方法,首次實(shí)現(xiàn)了全省海島的全部現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,獲取了有史以來(lái)最準(zhǔn)確的第一手海島基礎(chǔ)資料,摸清了全省海島家底,確定全省共有海島636個(gè),有居民海島44個(gè),無(wú)居民海島592個(gè)。全省海島岸線總長(zhǎng)約920 km,其中渤海海域海島岸線長(zhǎng)約375 km,黃海海域海島岸線長(zhǎng)約545 km.全省海島面積約505 km2,大部分海島面積小,面積10 km2以上的海島有9個(gè)、海島面積約430 km2,5 km2～10 km2海島2個(gè),1 km2～5 km2海島19個(gè),0.5 km2～1 km2海島12個(gè),500 m2～0.5 km2海島337個(gè)。離岸距離小于5 km的海島300個(gè),離岸距離為5 km～10 km的海島69個(gè),離岸距離10 km～50 km的海島228個(gè),離岸距離大于50 km的海島39個(gè)。

2.4 3S技術(shù)在遼寧省海島地名普查中的使用特點(diǎn)

3S技術(shù)在陸域的應(yīng)用較為廣泛,但在海島地名普查調(diào)查中首次采用,由于受海洋潮汐和海島特性的影響,3S技術(shù)在應(yīng)用時(shí)和陸域有所不同,如陸域在遙感影像中地物表現(xiàn)出的形狀、大小等解譯標(biāo)志比較穩(wěn)定,界標(biāo)明顯,但海上卻有其顯著的特點(diǎn)。

2.4.1 海島的判別和面積、岸線長(zhǎng)度量算需要借助GPS技術(shù)

雖然根據(jù)遙感影像的紋理、色調(diào)和形狀等解譯標(biāo)志可以較好的判別海島、量算面積和岸線長(zhǎng)度、識(shí)別植被類型,但在實(shí)際調(diào)查過(guò)程中,受空間分辨率的影響,影像圖上有許多相似的地物如艦船和較大面積的漂浮物干擾判斷,再加上歷史資料不詳盡,僅僅依賴遙感影像不能準(zhǔn)確地識(shí)別,另外,由于遙感影像成像的瞬時(shí)性,落潮時(shí)的低潮高地可能被識(shí)別為島嶼。其次因島體形狀受潮汐潮差的影響,在遙感影像圖上量算海島面積和岸線長(zhǎng)度時(shí),數(shù)據(jù)會(huì)存在較大誤差。又因遼寧地處北方,夏冬季節(jié)分明,尤其是冬季有冰期,在解譯植被類型如草叢、灌木、喬木的過(guò)程中受到一定的限制,則需要借助GPS導(dǎo)航定位到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地判別和勘測(cè)。

2.4.2 集聚分布海島的確定方式

所謂集聚分布海島,一般指距離較近成群分布的海島,因遼寧以基巖岸線為主且多基巖島,在大陸海岸線或一些基巖島附近三五成群分布著類似的島嶼,且無(wú)土壤和植被,僅由幾塊巖礁組成,島與島間距近,甚至不足1 m.因島體面積小,受遙感影像空間精度的影響無(wú)法量測(cè)海島面積和岸線長(zhǎng)度,甚至無(wú)法判別,再加上島體陡峭,周邊海域暗礁眾多,無(wú)法靠近和登陸。在外業(yè)調(diào)查時(shí),通過(guò)繞島記錄整體航跡線,繪制外業(yè)調(diào)查草圖,在圖上標(biāo)明各個(gè)島嶼的位置和大致方向,通過(guò)附近大島或者大陸拍攝不同角度全景照和視頻作為參照。另外,就是測(cè)量聚集性分布海島周邊明顯標(biāo)志物的位置,通過(guò)測(cè)距儀和指南針測(cè)算出集聚性海島各個(gè)島嶼與標(biāo)志物的距離和方向來(lái)推算。再把外業(yè)調(diào)查所得測(cè)量標(biāo)志物的坐標(biāo)和記錄航跡線輸入到GIS中,借助附近大島或者地標(biāo)物的遙感影像,對(duì)比外業(yè)繪制的工作草圖和帶有拍攝地點(diǎn)地理坐標(biāo)的全景照片進(jìn)行研究分析,推算出海島的地理位置,估算出海島面積和岸線長(zhǎng)度。

3 結(jié)束語(yǔ)

遼寧省海島地名普查作為一次基礎(chǔ)調(diào)查,通過(guò)GPS全天候、連續(xù)、可隨時(shí)對(duì)地物目標(biāo)瞬間準(zhǔn)確測(cè)量和定位,以及RS的即時(shí)成像、實(shí)時(shí)傳輸、快速處理和周期性地觀測(cè)獲取地物遙感信息的能力和直觀地判讀地面物體特性,同時(shí)把GPS、RS獲取的豐富的地物信息再傳輸給GIS,建立遼寧省海島地名信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理,及時(shí)提供準(zhǔn)確的大范圍調(diào)查數(shù)據(jù),彌補(bǔ)了傳統(tǒng)調(diào)查方法在大范圍和區(qū)域調(diào)查中受自然條件影響、獲取資料速度慢、周期長(zhǎng)等缺陷,確保了普查工作的現(xiàn)勢(shì)性、數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性,是海洋傳統(tǒng)調(diào)查方法的新突破,效果明顯,實(shí)用性強(qiáng),為普查工作節(jié)省了大量人力、物力和財(cái)力,提高了工作效率,保證了工作質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了普查工作的科學(xué)化、規(guī)范化、數(shù)字化和信息化。

[1]林修錟.“3S”技術(shù)在新一輪土地利用更新調(diào)查中的應(yīng)用方案探討[J].福建地質(zhì),1997(2):97-101.

[2]邊志華,李曉英,徐德軍,等.3S技術(shù)集成在國(guó)土管理工作中的應(yīng)用[J].地理空間信息,2006(4):43-46.

[3]秦 奮,余明全,王家耀.3S技術(shù)在土地利用規(guī)劃中的應(yīng)用[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2006(3):72-76.

[4]尚春明,楊洪濤.3S技術(shù)在建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].地理與地理信息科學(xué),2003(2):44-46.

[5]胡鶴民.全球定位技術(shù)在車船調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].港口科技動(dòng)態(tài),2001(7):20-23.

[6]雷利元,席小慧,龔艷君,等.3S技術(shù)在遼寧省海域使用現(xiàn)狀調(diào)查中的應(yīng)用[J].水產(chǎn)科學(xué),2011,30(2):122-125.

[7]全國(guó)海域海島地名普查工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.《全國(guó)海島地名普查工作手冊(cè)》[R].2010年.