基于高分辨率遙感影像的裸露山體監(jiān)測(cè)

李翔宇

摘? 要：文章基于高分辨率遙感影像，研究裸露山體遙感監(jiān)測(cè)方法，給出了遙感數(shù)據(jù)源及時(shí)相選擇的建議，建立了遙感監(jiān)測(cè)流程，以大連市為例進(jìn)行了裸露山體現(xiàn)狀及變化監(jiān)測(cè)，掌握了各轄區(qū)裸露山體空間分布及變化情況。該方法全面、快速、準(zhǔn)確，可彌補(bǔ)常規(guī)地面調(diào)查的不足，是提升生態(tài)環(huán)境管理精細(xì)化、信息化水平的有效手段。

關(guān)鍵詞：裸露山體;高分辨率遙感;監(jiān)測(cè);大連市

中圖分類號(hào)：TP751 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）06-0041-03

Abstract： Based on high-resolution remote sensing images， this paper was researched on the remote sensing monitoring methods of bare mountains. The suggestionswere made for how to select image sources and temporal stage. The monitoring process was establishedto monitor the distribution and changes of bare mountains. Taking Dalian as an example， compared with ground survey， this method is comprehensive， fast and accurate. It is an effective means to improve the level of meticulous and information management of ecological environment.

Keywords： bare mountains; high-resolution remote sensing; monitoring; Dalian City

裸露山體是指因人類活動(dòng)或自然災(zāi)害造成的局部山體地形地貌突變和植被破壞后未及時(shí)恢復(fù)植被的裸露空隙部分[1]。隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快及礦產(chǎn)資源的持續(xù)開發(fā)，對(duì)山體的開采和破壞不斷加大，產(chǎn)生了大量的裸露創(chuàng)傷山體，城市生態(tài)景觀格局遭到破壞，生態(tài)結(jié)構(gòu)和服務(wù)功能退化，容易引發(fā)水土流失和環(huán)境生態(tài)失衡問題。這與綠水青山就是金山銀山的綠色發(fā)展觀背道而馳，同時(shí)也不符合人民群眾對(duì)良好生態(tài)環(huán)境的要求。因此，對(duì)裸露山體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握其現(xiàn)狀分布及變化情況，為管理部門提供全面而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持就顯得十分必要。裸露山體一般數(shù)量較多，分布廣泛，所處區(qū)域地形復(fù)雜，傳統(tǒng)的地面調(diào)查法耗時(shí)耗力，有些隱蔽問題不容易被發(fā)現(xiàn)，而遙感技術(shù)以其“全天候、廣覆蓋、高精度、獲取信息快、受地面限制少”等特點(diǎn)，可大大彌補(bǔ)這一不足。隨著新一代高分辨率衛(wèi)星系統(tǒng)相繼投入應(yīng)用，我國遙感領(lǐng)域已經(jīng)正式步入了高分辨率影像的大數(shù)據(jù)時(shí)代。本文基于高分辨率影像，提出裸露山體的遙感監(jiān)測(cè)方法，并以大連市為例進(jìn)行裸露山體現(xiàn)狀及變化監(jiān)測(cè)與分析。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域?yàn)榇筮B市全域，包括中山區(qū)、西崗區(qū)、沙河口區(qū)、甘井子區(qū)、高新園區(qū)、旅順口區(qū)、金普新區(qū)（含保稅區(qū)）、普蘭店區(qū)、長(zhǎng)興島臨港工業(yè)區(qū)、花園口經(jīng)濟(jì)區(qū)、瓦房店市、莊河市、長(zhǎng)海縣等13個(gè)區(qū)市縣。

大連市位于歐亞大陸東岸，遼東半島最南端，東瀕黃海，西臨渤海，屬于低山丘陵地貌，長(zhǎng)白山系千山山脈余脈縱貫本區(qū)，區(qū)內(nèi)山地丘陵多，平原低地少，整個(gè)地形為北高南低，北寬南窄。大連市位于北半球的暖溫帶地區(qū)，具有海洋性特點(diǎn)的暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。

2 遙感監(jiān)測(cè)方法

2.1 遙感數(shù)據(jù)類型選擇

數(shù)據(jù)源的選擇可以是一種遙感數(shù)據(jù)源，也可以是兩種及以上數(shù)據(jù)源的結(jié)合使用。監(jiān)測(cè)對(duì)象的空間尺度不同，可采用不同分辨率的遙感影像，對(duì)于城市尺度的裸露山體監(jiān)測(cè)，需要較高的空間分辨率，通常選擇米級(jí)的遙感數(shù)據(jù)作為主要信息源。目前可以選擇的米級(jí)數(shù)據(jù)包括：國有遙感衛(wèi)星資源三號(hào)、高分一號(hào)、高分二號(hào)、高分六號(hào)等，民用商業(yè)遙感衛(wèi)星吉林一號(hào)、北京二號(hào)、高景一號(hào)等;法國的SPOT5-7、美國的IKONOS及QuickBird、印度的IRS等。

從實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性的角度出發(fā)，本研究遙感數(shù)據(jù)源以融合后分辨率為2米的資源三號(hào)/高分一號(hào)多光譜數(shù)據(jù)為主，將融合后分辨率為0.8米的高分二號(hào)多光譜數(shù)據(jù)作為補(bǔ)充。遙感數(shù)據(jù)源參數(shù)見表1。

2.2 遙感數(shù)據(jù)時(shí)相選擇

為準(zhǔn)確提取裸露山體信息，要求遙感影像的成像時(shí)間盡量處于能夠區(qū)分地物類型的時(shí)期，一般東北地區(qū)選擇6-9月份的植被生長(zhǎng)季，大連屬于遼南地區(qū)，生長(zhǎng)季可延長(zhǎng)至5-10月份，該時(shí)段的遙感影像可以較好地區(qū)分各種地類。若是選擇其它月份，農(nóng)作物未播種或已收割，容易發(fā)生地類誤判，尤其是裸地與耕地;或者地面有積雪覆蓋，各類地物均不易區(qū)分。

2.3 監(jiān)測(cè)流程

2.3.1 裸露山體遙感監(jiān)測(cè)分類

裸露山體一般是在工程開發(fā)建設(shè)過程中對(duì)自然山體破壞而形成，以邊坡裸露、水土流失嚴(yán)重、土壤貧乏為特征[2]，采礦（石）、山區(qū)修建公路、鐵路等活動(dòng)均可帶來山體的嚴(yán)重破壞。根據(jù)形成的因素不同，可將其劃分為礦山和裸地，見表2。

2.3.2 遙感影像處理

對(duì)遙感影像進(jìn)行波段合成、正射校正、融合、調(diào)色、鑲嵌等系列操作，獲得高分辨率多光譜正射遙感影像，要求圖像清晰，地物層次分明，色調(diào)一致。

（1）波段合成：將多光譜數(shù)據(jù)的紅、綠、藍(lán)波段分別賦予R、G、B顏色得到模擬真彩色圖像。

（2）正射校正[4]：利用實(shí)測(cè)控制點(diǎn)或以歷史高分辨率遙感影像作為基準(zhǔn)影像，與全色數(shù)據(jù)尋找同名點(diǎn)，將獲得的同名點(diǎn)作為控制點(diǎn)，結(jié)合DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行正射校正?？刂泣c(diǎn)需均勻分布，校正精度平原區(qū)不超過1個(gè)像元，山區(qū)不超過2個(gè)像元。將正射校正后的全色影像作為參照影像，再對(duì)多光譜影像進(jìn)行正射校正。

（3）融合：根據(jù)校正后的全色影像與多光譜影像的特征及傳感器信息，選擇合適的方式進(jìn)行融合操作。ZY-3、GF-1、GF-2影像采用G-S Pansharping方法或HPF融合方法可以取得較好的融合效果。

（4）調(diào)色、鑲嵌：將融合后的多景影像進(jìn)行勻光、勻色，根據(jù)實(shí)際地物、地形分布繪制鑲嵌線，對(duì)影像進(jìn)行鑲嵌，最終拼接形成一幅覆蓋全區(qū)域的影像。為提高鑲嵌精度，可先進(jìn)行同條帶影像間鑲嵌，再進(jìn)行條帶間鑲嵌，鑲嵌線應(yīng)盡量處于同質(zhì)區(qū)域內(nèi)。

2.3.3 遙感信息解譯

采用人機(jī)交互目視判讀的方法進(jìn)行裸露山體解譯的及信息提取。

（1）建立解譯標(biāo)志。根據(jù)影像光譜特征，結(jié)合野外調(diào)查資料，同時(shí)參照近年土地利用現(xiàn)狀圖等地理圖件，對(duì)各土地利用/覆被類型的幾何形狀、顏色特征、紋理特征和空間分布情況進(jìn)行分析，最終建立裸露山體遙感解譯標(biāo)志（表3）。

（2）現(xiàn)狀及變化信息解譯。根據(jù)裸露山體遙感解譯標(biāo)志，對(duì)裸露山體區(qū)域進(jìn)行人工勾繪，并完善屬性信息，即為現(xiàn)狀信息解譯。裸露山體現(xiàn)狀圖層屬性結(jié)構(gòu)建議包括監(jiān)測(cè)地塊編號(hào)、行政區(qū)代碼、縣級(jí)行政區(qū)名稱、鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道名稱、地類、中心經(jīng)度、中心緯度、面積、影像時(shí)相等。與行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析可批量獲得每個(gè)斑塊的屬地信息。

對(duì)比前、后期遙感影像，查找地類變化區(qū)域，進(jìn)行變化區(qū)域勾繪，并完善相關(guān)屬性信息，即為變化信息解譯。裸露山體變化圖層屬性結(jié)構(gòu)建議包括：變化地塊編號(hào)、行政區(qū)代碼、縣級(jí)行政區(qū)名稱、鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道名稱、變化前地類、變化后地類、中心經(jīng)度、中心緯度、面積、前期影像時(shí)相、后期影像時(shí)相、變化方向（增加、減少）等。當(dāng)裸露山體轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌仡悤r(shí)，變化方向?yàn)椤皽p少”，反之為“增加”。

矢量數(shù)據(jù)要求圖斑必須閉合，無拓?fù)溴e(cuò)誤（無自相交、重疊和相鄰地塊無縫隙），公共邊只矢量化一次。

2.3.4 野外核查

抽取一定比例的裸露山體圖斑進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，應(yīng)包含解譯過程中的所有不確定圖斑，根據(jù)核查結(jié)果評(píng)價(jià)解譯精度，并對(duì)錯(cuò)誤圖斑進(jìn)行修正，確保解譯結(jié)果的可靠性。

3 結(jié)果分析

利用GIS軟件對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，2018年大連市裸露山體斑塊1845個(gè)，總面積約66.43平方公里，占大連市總面積的0.5%（圖1）。從空間分布上看，金普新區(qū)、甘井子區(qū)、瓦房店市、莊河市、長(zhǎng)興島臨港工業(yè)區(qū)裸露山體面積較大，5個(gè)地區(qū)裸露山體面積之和占全市裸露山體總面積的比例達(dá)81.6%;從類型構(gòu)成上看，礦山面積遠(yuǎn)大于裸地面積，二者占比分別為78.6%、21.4%。2018年大連市各區(qū)域裸露山體面積從多到少依次排列見圖2。

與2017年相比，全市裸露山體斑塊減少146個(gè)，凈減少面積約2.58平方公里，同比減少了3.7%。各轄區(qū)中，除長(zhǎng)海縣、莊河市裸露山體面積同比分別增加4.9%、2.1%外，其余區(qū)市縣均為減少，面積減少比例在0.8%～80.3%之間。類型構(gòu)成上，裸地、礦山面積均有所減少，分別減少13.7%和0.6%，裸地減少幅度較大。山體生態(tài)環(huán)境向好發(fā)展。大連市各區(qū)域裸露山體面積年度對(duì)比見圖3。

4 結(jié)論

研究表明，利用高分辨率遙感影像對(duì)裸露山體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)合野外核查，能夠全面、快速、準(zhǔn)確地掌握裸露山體分布及變化情況。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果可建立管理臺(tái)賬，對(duì)各區(qū)市縣或各鄉(xiāng)鎮(zhèn)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境管理精細(xì)化、信息化，為監(jiān)管、整治、考核評(píng)價(jià)等工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]方代有.深圳市城市裸露山體缺口類型劃分探討[J].亞熱帶水土保持，2006（02）：73-74.

[2]豐瞻，李少麗，周明濤.裸露山體生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（02）：48-51.

[3]GB/T 21010-2010.土地利用現(xiàn)狀分類[S].

[4]邵曉貴，胡奕.基于Google Earth影像和GIS的安順市區(qū)裸露山體缺口調(diào)查[J].亞熱帶水土保持，2015，27（02）：23-26.