淺析遙感技術(shù)在海岸帶監(jiān)測中的應(yīng)用

韓 飛

（海南省地質(zhì)綜合勘察院，海南 ?？?570206）

受自然環(huán)境變化因素以及人為生產(chǎn)因素的影響，我國海島海岸帶外部形態(tài)也一直處于變化狀態(tài)之中。為了有效把握這些變化，需要及時對其進(jìn)行監(jiān)測。以往均采用衛(wèi)星遙感、航空遙感和以人力為主的監(jiān)測方式，不僅監(jiān)測效率低下，而且成本較高，無法滿足當(dāng)前對海島海岸的周期監(jiān)測及精度要求。無人機遙感技術(shù)的出現(xiàn)，恰好能夠解決這一問題，因此，有必要對遙感技術(shù)在海島海岸帶監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)行探討分析，更好地推動我國海島海岸帶資源綜合利用。

1 衛(wèi)星遙感在海岸帶調(diào)查中的應(yīng)用

1.1 衛(wèi)星遙感的特點

與無人機遙感相比，衛(wèi)星遙感能夠進(jìn)行連續(xù)的、全天候的工作，提供更大范圍的數(shù)據(jù)，其成本更低。目前，許多國家都已經(jīng)發(fā)射了服務(wù)于不同目的的各種遙感衛(wèi)星，可以用于監(jiān)測從土地利用、海岸帶變遷、森林火災(zāi)、污染等現(xiàn)象的信息以及其動態(tài)變化。

1.2 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源選擇及預(yù)處理

LANDSAT衛(wèi)星系統(tǒng)的多光譜遙感資料，是對沿線地區(qū)遙感解譯主要資料來源的選擇，而且，由于遙感技術(shù)可以全面獲取有關(guān)區(qū)域的地理、水文、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)以及其它有關(guān)數(shù)據(jù)資源，以及進(jìn)行相關(guān)的研究工作。要想對沿線地區(qū)遙感研究資料獲得更有力的保障，就必須掌握地區(qū)天然條件和地質(zhì)背景，這也是相關(guān)學(xué)者掌握有關(guān)專業(yè)知識的一條重要途徑。掌握地區(qū)的天然條件和地質(zhì)背景，要通過研究區(qū)域的地理位置，并觀察該地區(qū)現(xiàn)有的時間序列，再通過觀測的數(shù)據(jù)來進(jìn)行時間的軌道編號。然后，在這些資料中選擇被太陽云層的影響層度比較低，且在成像時和季相比較接近的圖像資料。因為這種數(shù)據(jù)的傳播效率也比較好，對這些較高質(zhì)量的資料可以做預(yù)處理，可以為后期的海岸帶遙感信息提供依據(jù)[1]。

1.3 海岸帶專題信息提取

1.3.1 海岸線提取

衛(wèi)星顯示的海南島海岸線的特征數(shù)量都很多，所以有許多不同的頻譜、紋理和空間位置。在頻譜區(qū)域中都有一個連續(xù)性，區(qū)別是很顯而易見的，但單一的頻譜特征，可能造成一個較大的問題和容易遺漏的區(qū)域；在紋理區(qū)域中，水體表面的紋路也相對的比較細(xì)膩均一，而同質(zhì)地區(qū)的水面紋路和陸地紋路都比較均勻細(xì)膩；在空間關(guān)聯(lián)方面，因為有大量的連續(xù)土體和水域，所以在這個大區(qū)域里，如果出現(xiàn)了異質(zhì)性的小斑塊，可以將這些異質(zhì)性的小斑塊給去除。在獲取了海域信息以后，要實現(xiàn)海洋與陸地的分離，從而實現(xiàn)能夠準(zhǔn)確獲得各種形式的海岸線。在這里，實現(xiàn)海洋與陸地分離的手段主要是通過空間關(guān)聯(lián)，并設(shè)定閾值。

1.3.2 灘涂提取

首先要從原始的遙感圖像上，尋找那些可以被作為基本參照的基礎(chǔ)對象，包括:重要的城市機場、江河湖泊，海岸線以及其它場景的基礎(chǔ)對象，因為幾乎每處理一種遙感場景時都可能只會涉及一個基礎(chǔ)圖像，所以我們必須先通過對被提取基礎(chǔ)對象中所有基礎(chǔ)圖像信息進(jìn)行掩模運算，把圖像其余部分作為基本參照對象的基礎(chǔ)對象，在這些圖像信息的底層基礎(chǔ)上，進(jìn)行光譜特性特征的分析計算（比如，ISODATA法），然后再將這些基礎(chǔ)對象信息進(jìn)行基準(zhǔn)化推演，從而使與所有基礎(chǔ)圖像相關(guān)的所有底層信息都成為一個有效核，從而得到一個更粗略的劃分。接著，在粗劃分的基石上，經(jīng)過鄰近的對象和圖形空間的搜尋，以確認(rèn)基線地貌布局的具體對象，根據(jù)對象搜尋以確認(rèn)基本地塊的現(xiàn)實布局，以及相關(guān)的變化，進(jìn)行更現(xiàn)實、更加精確地劃分。

1.3.3 河流入海口提取

遙感成像中河流的水域，一方面具有和普通的河流相似的頻譜特性，但同時也和地表通量的背景環(huán)境產(chǎn)生了強烈的顏色反差，且邊緣清晰，在使用區(qū)域單元時總結(jié)了光譜相似性斑塊的傾向研究，但是，因為在不同類型的流域環(huán)境中，水面的自身條件（如濁度，冷凍的狀況，或者有更大的光譜植被遮擋）的狀況差異，還有很多支流的圖像長度都很小，在混合像元的遙感光譜信息系統(tǒng)，由于背景環(huán)境復(fù)雜，對河流的識別環(huán)境也是比較脆弱的。需要根據(jù)空間上的頻譜特征，通過“全體和區(qū)域”迭代的迭代反應(yīng)機制，將光譜特征通過對水域的閾值進(jìn)行調(diào)節(jié)來適應(yīng)[2]。

1.4 案例概況

以海南省文昌市海岸線作為衛(wèi)星遙感技術(shù)在海岸帶監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)行案例分析。參照以往海岸線分類資料，海岸線類型可分為基巖海岸、沙礫質(zhì)海岸、淤泥質(zhì)海岸、生物海岸和人工海岸。根據(jù)項目組解譯成果和野外實地查證來看，2020年，文昌市海岸線長度為253.07 km，其中基巖海岸長度約為18 km、人工海岸長度為16.78 km、沙礫質(zhì)海岸長度為147.62 km，生物海岸長度為48.1 km、淤泥質(zhì)海岸長度為22.58 km。見圖1、表1所示。

表1 2020年文昌市海岸線現(xiàn)狀統(tǒng)計表 單位：km

圖1 文昌市2020年海岸線分布圖

2009～2014年，海岸線總長度增加4.65 km，其中基巖海岸減少0.93 km、人工岸線增加6.4 km、砂礫質(zhì)海岸減少1.06 km、生物質(zhì)海岸增加1.69 km，淤泥質(zhì)海岸減少1.45 km；2014～2020年海岸線總長度增加7.51 km，其中基巖海岸增加1.21 km、人工海岸增加2.19 km、砂礫質(zhì)海岸增加4.34 km、生物海岸減少0.49 km、淤泥質(zhì)海岸增加0.26 km。具體變化情況如表2所示[3]。

表2 2009～2020年文昌市海岸線長度及變化表

海岸線變化多數(shù)都伴有海岸侵蝕、淤積或人類工程活動。

1.4.1 海岸淤積

受陸域河流動力作用，河流從上游帶來大量泥沙從入?？趨R入近海沿岸，在海洋洋流作用及動力作用下，匯入海洋的泥沙不斷被搬運或推移，在河口一側(cè)、三角洲前緣及弧形岸線內(nèi)側(cè)由于水流動力作用減弱，泥沙逐漸沉積，海岸於漲，造成海岸線向海灘逐步推進(jìn)，形成海岸淤積。此類岸線多為沙質(zhì)岸線，淤泥質(zhì)岸線[4-5]。

1.4.2 海岸侵蝕

受動力因素影響，海岸線受沖刷，地勢起伏較大的巖層松軟地段會使海岸崩塌，平緩地段海岸線不斷后退，此類海岸多出現(xiàn)在海洋動力集中作用的岬角，或由于泥沙來源中斷或減少的堆積性海岸帶，如海灣的岬角段、灣內(nèi)的沙質(zhì)海灘段，以及河口或迎風(fēng)受潮流沖刷的岸段。此類岸線多為沙質(zhì)、砂礫。如表3、表4，本次調(diào)查移選用2009年、2014年和2020年三期影像，對文昌市海岸線的變化進(jìn)行綜合解譯、分析，結(jié)果得出文昌市整體受海岸侵蝕災(zāi)害影響并不大，僅為2處變化較為明顯，分別在鋪前鎮(zhèn)瓣港村西665 m處和馮坡鎮(zhèn)海坡村北680 m處[6-7]。

表3 2009～2020年文昌市鋪前鎮(zhèn)海岸線后移及變化表

表4 2009～2020年文昌市馮坡鎮(zhèn)海岸線后移及變化表

（續(xù)表）

2 無人機遙感在海岸帶監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1 無人機遙感的特點

無人機具有高時效和高精度的特點，如對變化率較快的區(qū)塊進(jìn)行高時效監(jiān)測，還能對人力難以到達(dá)的地方進(jìn)行高精度監(jiān)測，從而彌補衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)在局部區(qū)塊的時效性和精度上的不足。

2.2 無人機飛行設(shè)置

在使用該衛(wèi)星遙感進(jìn)行海島海岸帶監(jiān)測時，由于無人機可以進(jìn)行垂直起降，因此只需在測區(qū)附近空曠位置組裝好無人機，規(guī)劃航線，航線安全檢測及飛機起飛檢測無問題后，即可進(jìn)行航線飛行。為保證后期數(shù)據(jù)處理質(zhì)量，可以將航線設(shè)置成航向重疊度80%，旁向重疊度70%，高度在200 m內(nèi)，以獲取高精度的航測數(shù)據(jù)[5]。

2.3 數(shù)據(jù)處理

在獲得航拍數(shù)據(jù)后，需要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理。在工作站電腦上采用Pix4D軟件對航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

（1）在Pix4D軟件建立一個工程文件項目，并在項目中輸入相機基本參數(shù)信息與畸變差系數(shù)信息，接著進(jìn)行圖片信息導(dǎo)入，比如像控點數(shù)據(jù)信息、GPS數(shù)據(jù)信息等。（2）在經(jīng)過信息處理后，可以得到“影像金字塔”，即原始影像在一定規(guī)則生成的指導(dǎo)下，所生成的由細(xì)到粗不同分辨率的影像集。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合圖像相片的原始分辨率，完成影像序列建立。（3）要結(jié)合實際要求，合理準(zhǔn)確調(diào)整圖像的航向與旁向方位，然后進(jìn)行像控點刺點工作。（4）在完成上述工作后，可直接進(jìn)行數(shù)字空三加密，同時針對一些誤差較大的點進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)整，從而提高空三精度，滿足后續(xù)圖像數(shù)據(jù)處理要求。（5）在獲取高精度空三處理成果后，需要從中自動提取出DSM數(shù)字地表模型和DOM數(shù)字正射影像圖，見圖2[7]。

圖2 海島1：2000 DOM數(shù)字正射影像圖

3 結(jié)語

總之，在海岸帶監(jiān)測過程中，相較于以往以人工為主的監(jiān)測，采用遙感技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測，有著非常顯著的優(yōu)勢。比如整體監(jiān)測效率更高，耗費的人力物力成本更低，且整個監(jiān)測過程也更加的安全。因此，必須加強對衛(wèi)星遙感和無人機遙感監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用與推廣工作，這對促使遙感技術(shù)優(yōu)勢作用價值的發(fā)揮，有著非常重要的意義。