高分遙感數(shù)據(jù)在海島整治修復(fù)中的應(yīng)用研究

鄧鐘 馬志勇

摘要

當(dāng)前，遙感技術(shù)廣泛應(yīng)用于海島監(jiān)測(cè)和識(shí)別，但在海島整治修復(fù)方面應(yīng)用較少。隨著《海島保護(hù)法》頒布實(shí)施，海島整治修復(fù)受到政府重視，然而由于早期海島開(kāi)發(fā)缺乏保護(hù)意識(shí)，一些海島遭受破壞，甚至滅失，加上海島現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料嚴(yán)重缺失，給海島整治修復(fù)帶來(lái)困難。針對(duì)這種問(wèn)題，該研究以福清市北青嶼為例，探索采用多時(shí)相高分遙感數(shù)據(jù)，分析海島開(kāi)發(fā)前后資源環(huán)境變化情況，指導(dǎo)海島整治修復(fù)，并為我國(guó)類似情況海島整治修復(fù)提供參考。

關(guān)鍵詞多時(shí)相；高分遙感； 海島； 整治修復(fù)

中圖分類號(hào)S126；P237；P736.14文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）05-339-03

Study on Application of High Resolution Remote Sensing Data in Island Improvement and Restoration

DENG Zhong1，2， MA Zhi-Yong3

（1. Geographic Department of Minjiang University， Fuzhou， Fujian 350108； 2. Surveying Engineering Research Center of Fujian， Fuzhou， Fujian 350108； 3. Island Research Center， SOA， Pingtan， Fujian 350400）

AbstractAt present， remote sensing technology is widely used in island monitoring and identifying， but less used in island improvement and restoration. With the Island Protection Law of the People's Republic of China final action， the island improvement and restoration has been more emphasized heavily by government， while because of the lack of protection awareness at the early stage of the island development， some of the island is destroyed， and even disappeared， and a serious lack of island natural environment survey data， so that the island improvement and restoration became very difficult. Aiming at these problems， this paper takes Fuqing City Beiqing Island as an example， using multi temporal high resolution remote sensing data， the changes of the island resource environment before and after development were analyzed， and then according to these changes， guide the Beiqing island environment restoration， provide the reference for the similar island restoration in china.

Key words Multi-temporal； High-resolution Images； Island； Improvement and restoration

基金項(xiàng)目福建省教育廳資助項(xiàng)目（JB12151）； 福建省測(cè)繪地理信息局科技計(jì)劃項(xiàng)目“結(jié)合激光掃描技術(shù)的高分遙感滑坡泥石流災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估方法研究”；福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目（JA13249）。

作者簡(jiǎn)介

鄧鐘（1975-），男，湖北黃梅人，副教授，博士，從事地理信息系統(tǒng)與遙感應(yīng)用研究。

收稿日期2014-12-29

近10年來(lái)，遙感已廣泛應(yīng)用于海島調(diào)查、識(shí)別和監(jiān)測(cè)，2009年，我國(guó)近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)專項(xiàng)（簡(jiǎn)稱“908專項(xiàng)”）綜合運(yùn)用天繪、QuickBird等衛(wèi)星數(shù)據(jù)開(kāi)展了海島調(diào)查。陳凌云等采用TM圖像研究廣西4個(gè)代表性島區(qū)的影像特征和識(shí)別方法[1]；黃建波綜合利用Landsat-5 TM、ASTER光學(xué)遙感數(shù)據(jù)和ERS SAR、RADARSAT SAR微波數(shù)據(jù)對(duì)廟島群島南五島進(jìn)行海島土地利用和圍填海動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[2]；P. K. Dinesh Kumar等利用印度1C衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)Sagar（薩加爾）海島海岸線和土地覆蓋變化[3]；Hadjimitsis等采用landsat TM數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)Skiathos海島13年的土地覆蓋變化，為海島可持續(xù)發(fā)展提供決策支持[4]。上述研究采用Landsat TM等中等分辨率影像，對(duì)于較大面積海島（1 km2以上）可以方便地識(shí)別海島岸線、土地利用/土地覆蓋等變化情況，可為海島整治修復(fù)提供數(shù)據(jù)支持。但是，對(duì)于小面積島嶼（如1 hm2以下），采用Landsat等中低分辨率遙感數(shù)據(jù)，顯然難以滿足監(jiān)測(cè)要求。2010年3月1日隨著《海島保護(hù)法》的實(shí)施，對(duì)于法

后完成開(kāi)發(fā)的海島都需要進(jìn)行整治修復(fù)，由于早期缺乏海島保護(hù)意識(shí)，一些小海島開(kāi)發(fā)前很少進(jìn)行海島保護(hù)規(guī)劃，海島修復(fù)存在調(diào)查資料缺乏等問(wèn)題，導(dǎo)致修復(fù)存在一定的盲目性。福清市北青嶼2008年開(kāi)發(fā)利用，2014年完成開(kāi)發(fā)

，根據(jù)《海島保護(hù)法》要求，北青嶼需要整治修復(fù)。由于北青嶼面積小，整島被開(kāi)發(fā)利用，現(xiàn)狀調(diào)查資料缺乏。針對(duì)這些問(wèn)題筆者探索使用多時(shí)相高分?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)合其他現(xiàn)有基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，分析北青嶼開(kāi)發(fā)前后環(huán)境變化情況，以指導(dǎo)北青嶼綜合整治修復(fù)，并為我國(guó)其他類似情況海島修復(fù)提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

北青嶼為無(wú)居民海島，位于福清市與平潭島海壇海峽之間，地理坐標(biāo)為119°38′37.95″～119°38′45.12″E、25°28′13.59″～25°28′21.71″N，隸屬于福清市；北青嶼整體呈南北走向，西面距離福清小東山島約375 m；北青嶼南北長(zhǎng)約81 m，東西寬約54 m，投影面積約為2 566 m2。北青嶼區(qū)域位置見(jiàn)圖1。

2海島自然環(huán)境變化監(jiān)測(cè)

北青嶼面積較小，約81 m×54 m。為掌握北青嶼在開(kāi)發(fā)前后自然環(huán)境變化情況，分別獲取QuickBird 2000年10月29日、2006年5月19日和2012年1月1日3個(gè)時(shí)期的全色高分影像，見(jiàn)圖2（a）～（c）。

通過(guò)上述不同時(shí)期影像可以看出，北青嶼在開(kāi)發(fā)前后地形、地貌、岸線、土壤、植被等自然環(huán)境發(fā)生了較大改變，為掌握北青嶼自然環(huán)境變化具體情況，采用目視解譯等信息提取方法獲取北青嶼開(kāi)發(fā)前后自然環(huán)境要素變化量，為北青嶼綜合整治修復(fù)提供技術(shù)支持。

2.1 三維地形變化監(jiān)測(cè)

北青嶼除了作為大橋的橋墩建設(shè)用地外，還作為大橋建設(shè)的臨時(shí)施工場(chǎng)地，由于在海島開(kāi)發(fā)前沒(méi)有規(guī)劃，開(kāi)發(fā)過(guò)程中亦缺乏對(duì)海島地形保護(hù)意識(shí)，島嶼中部凸出山地直接被挖去整平，地形破壞較大。利用Quickbird 2000年10月29日高分遙感影像，結(jié)合原有的地形數(shù)據(jù)和開(kāi)發(fā)后的實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)，恢復(fù)北青嶼開(kāi)發(fā)前后三維地形，結(jié)果見(jiàn)圖3。

根據(jù)地形數(shù)據(jù)，北青嶼中部最高點(diǎn)高程為10.3 m，實(shí)地測(cè)量施工平臺(tái)高程約8.5 m，即平臺(tái)以上島體全部挖平，并進(jìn)行了部分填海，形成了圖3紅線所示的施工平臺(tái)。通過(guò)地形恢復(fù)提取，完整地再現(xiàn)了北青嶼開(kāi)發(fā)前后地形變化情況。

2.2 海岸線變化監(jiān)測(cè)

海岸線為平均大潮高潮時(shí)水陸分界的痕跡線，在實(shí)際計(jì)算中，高潮線大都以多年平均高潮線為準(zhǔn)。遙感方法僅獲取海島某一時(shí)刻實(shí)時(shí)水邊線，結(jié)合地形數(shù)據(jù)以及當(dāng)?shù)睾Ｑ蟪毕O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以推算出海岸線。根據(jù)北青嶼地形圖和平潭海峽潮汐數(shù)據(jù)，結(jié)合2006年5月19日Quickbird遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，推算北青嶼在開(kāi)發(fā)前岸線（見(jiàn)圖4藍(lán)色岸線）。北青嶼開(kāi)發(fā)后實(shí)際測(cè)量岸線（見(jiàn)圖4紅色岸線）。

根據(jù)計(jì)算，北青嶼在開(kāi)發(fā)前自然岸線長(zhǎng)約247 m，開(kāi)發(fā)后，幾乎所有自然岸線被破壞，形成新的人工岸線長(zhǎng)約523 m。岸線開(kāi)發(fā)前后長(zhǎng)度和位置均發(fā)生變化。

2.3 植被土壤變化監(jiān)測(cè)

植被土壤是海島的重要自然資源，對(duì)于海島的氣候、生態(tài)環(huán)境有著重要的影響。對(duì)于植被的遙感識(shí)別主要是采用歸一化植被指數(shù)（NDVI）、植被覆蓋率作為衡量植被資源的因子。該因子能夠反映地表植被的生長(zhǎng)狀況和植物生長(zhǎng)空間分布狀況。但對(duì)于低植被覆蓋情況下，NDVI檢測(cè)植被覆蓋情況靈敏度大大降低[5]。通過(guò)北青嶼影像反演NDVI無(wú)法提取植被覆蓋情況，因此，再對(duì)北青嶼2006年5月19日影像目視解譯和實(shí)際調(diào)查可知，北青嶼中部有少量狗牙根等稀疏植物，見(jiàn)圖2（b）。由于可見(jiàn)光遙感識(shí)別土壤較復(fù)雜，該研究通過(guò)實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)在北青嶼中部有沙質(zhì)土壤層，土壤層堅(jiān)硬，已被破壞。

3 北青嶼綜合整治修復(fù)方法

海島綜合整治修復(fù)工程是在人工干預(yù)的情況下對(duì)受損的自然環(huán)境進(jìn)行修復(fù)，自然因素的影響對(duì)整治修復(fù)的效果起關(guān)鍵的作用。因此，海島整治修復(fù)必須尊重海島自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，根據(jù)上述對(duì)北青嶼地形、岸線、植被和土壤變等自然環(huán)境變化監(jiān)測(cè)結(jié)果，提出下述修復(fù)建議：①將北青嶼地形從施工平臺(tái)恢復(fù)到10.3 m高程，其中最高點(diǎn)位于島中心，見(jiàn)圖3；②北青嶼原有自然岸線已被全部破壞，形成的人工岸線部分地段坡度過(guò)大，需要在坡度大的岸線拋石壓腳，減緩坡度，加固因施工造成的不穩(wěn)固的岸線；③根據(jù)遙感影像和實(shí)際調(diào)查分析，北青嶼原有植被稀疏，土壤層較薄，可根據(jù)北青嶼周邊島嶼植被情況，恢復(fù)相應(yīng)植被草坪。

通過(guò)上述措施和方法，目前，北青嶼地形地貌已恢復(fù)，島陸土壤得到改善、植物已恢復(fù)生長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)半年的實(shí)際運(yùn)行，北青嶼整治修復(fù)達(dá)到預(yù)期效果，見(jiàn)圖5。

4 結(jié)論

該研究采用多時(shí)相高分遙感數(shù)據(jù)，分析福清市北青嶼開(kāi)發(fā)前后地形地貌、土壤、植被和岸線的變化信息，彌補(bǔ)北青嶼現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)資料的不足，在海島綜合整治過(guò)程中，為合理整治修復(fù)海島提供了技術(shù)支持，減少了北青嶼修復(fù)的盲目性。北青嶼的實(shí)際整治修復(fù)效果表明：對(duì)我國(guó)早期開(kāi)發(fā)而遭受破壞的海島，因缺乏規(guī)劃和調(diào)查資料，可以利用高分辨率多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)，分析海島環(huán)境變化，輔助海島的綜合整治修復(fù)，可為我國(guó)海島保護(hù)和修復(fù)提供可靠的技術(shù)支持。同時(shí)，由于小面積海島普遍缺少地面控制點(diǎn)，也存在高分影像幾何精校正困難等問(wèn)題，校正精度有待進(jìn)一步提高。

參考文獻(xiàn)

[1]

陳凌云，胡自寧，黎廣釗，等. 遙感技術(shù)在廣西海島調(diào)查中的應(yīng)用[J].國(guó)土資源遙感，2005（4）：78-81.

[2] 黃建波. 中國(guó)海島·沙洲·珊瑚礁遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的典型問(wèn)題研究[D].青島：中國(guó)海洋大學(xué)，2006.

[3] DINESH KUMAR P K，COPINATH G，LALURAJ C M，et al. Change Detection Studies of Sagar Island， India， using Indian Remote Sensing Satellite 1C Linear Imaging Self-Scan Sensor III Data[J]. Journal of Coastal Research，2007，23（6）：1498-1502.

[4] HADJIMITSIS D G，RETALIS A.Satellite remote sensing and GIS for sustainable development of Skiathos Island， Greece[J]. Proceedings of SPIE，2004，5239（63）：63-71.

[5] 薛重生.地學(xué)遙感概論[M].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2011：187-197.

責(zé)任編輯徐麗華責(zé)任校對(duì)李巖