基于高分遙感影像的安徽省自然保護地人類活動遙感監(jiān)測研究

杜傳奇

（安徽省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，安徽 合肥 230031）

自然保護地是安徽省自然生態(tài)空間中最重要的部分，是生態(tài)建設的核心和實施保護戰(zhàn)略的基礎，在全省生態(tài)安全中居于首要地位。經(jīng)過近40 年的發(fā)展，安徽省已建立包括自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)、地質(zhì)公園、森林公園、濕地公園等各級各類自然保護地316 處，在保護生物多樣性、保存自然遺產(chǎn)、改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和維護生態(tài)安全方面發(fā)揮了重要作用。

安徽省自然保護地數(shù)量多、面積大、分布廣、地理環(huán)境復雜、建設項目繁雜、監(jiān)管人手少，僅靠傳統(tǒng)的地面調(diào)查手段難以及時發(fā)現(xiàn)和監(jiān)督保護地內(nèi)各項違法違規(guī)活動[1]。衛(wèi)星遙感具有宏觀性、及時性、客觀性等特點，是目前開展自然保護地人類活動監(jiān)管的最佳手段[2]。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究對象

研究對象為安徽省整合優(yōu)化前所有的自然保護地。截至2019 年6 月，安徽省共建有自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)、森林公園、地質(zhì)公園、濕地公園等各級各類自然保護地316 個。全省自然保護地批復總面積1 582 681.26 hm2，矢量落圖面積1 399 105.10 hm2，剔除交叉重疊后凈占地面積1 122 564.63 hm2。

按自然保護地類型劃分，全省共有5 種自然保護地類型，其中自然保護區(qū)110 個、風景名勝區(qū)41個、森林公園81 個、地質(zhì)公園16 個、濕地公園68個，詳見表1。

表1 安徽省自然保護地現(xiàn)狀

1.2 研究方法

選取合適的前后時期影像（2018 年、2021 年影像）進行對比，對自然保護地內(nèi)的人類活動變化進行動態(tài)監(jiān)測。利用遙感判讀和Arcgis 分析方法，提取監(jiān)測范圍內(nèi)的各項人類活動變化的位置、面積、類型等初判信息；通過現(xiàn)場核實和材料收集等分析區(qū)域內(nèi)自然保護地人類活動情況（包括礦產(chǎn)資源開發(fā)、工業(yè)開發(fā)、能源開發(fā)、旅游開發(fā)、交通開發(fā)、養(yǎng)殖開發(fā)、農(nóng)業(yè)開發(fā)、居民點與其他活動、森林經(jīng)營、工程建設十大人類活動類型）[3]，發(fā)現(xiàn)違法違規(guī)問題。

1.3 研究意義

通過判讀結果，分析單個自然保護地及區(qū)域內(nèi)自然保護地人類活動特點；建立判讀解譯標志，為建立解譯庫提供數(shù)據(jù)支撐，進而為全省自然保護地科學規(guī)劃、系統(tǒng)管理及提升自然保護地的監(jiān)管能力等提供數(shù)據(jù)和技術支撐[4]。

2 數(shù)據(jù)來源與研究內(nèi)容

2.1 數(shù)據(jù)來源

2.1.1 高分影像

高分影像主要采用GF1、GF2、GF6 衛(wèi)星影像，分辨率為亞米級。首先，通過影像篩選替換含云層量較高的影像[5]；其次，通過遙感影像融合將在空間、時間、波譜上冗余或互補的多源遙感數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則（或算法）進行運算處理，獲得比任何單一數(shù)據(jù)更精確、更豐富的信息，生成具有新的空間、波譜、時間特征的合成影像數(shù)據(jù)[6]；再次，通過正射校正對影像進行幾何畸變糾正，對由地形、相機幾何特性及與傳感器相關的誤差所造成的明顯的幾何畸變進行處理，輸出平面真實影像；最后，經(jīng)圖像鑲嵌、圖像裁切等，得到適應本次工作的遙感影像。

2.1.2 保護地矢量邊界

以安徽省自然保護地現(xiàn)狀管理數(shù)據(jù)為此次判讀依據(jù)，數(shù)據(jù)為shp 格式，包含保護地名稱、市、縣（區(qū)）、功能分區(qū)、面積等字段。

2.2 研究內(nèi)容

2.2.1 圖斑勾繪

在Arcgis10.6 軟件中將配準的兩期影像疊加，利用軟件的卷簾功能對比兩期影像同一區(qū)域的變化。新建面圖層，在面圖層中勾繪出變化區(qū)域，要求判讀勾繪矢量邊界與影像斑塊邊緣偏移占比應小于10%，并檢查圖斑的疊加、縫隙或內(nèi)部拓撲等問題。對每一保護地的shp 邊界網(wǎng)格化（圖1），并按順序逐一標注序號，避免遺漏[7]。

圖1 保護地矢量邊界網(wǎng)格化示意圖

2.2.2 初判屬性賦值

對勾繪圖斑進行屬性賦值，形成自然保護地遙感判讀初判數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫包含市、縣、保護地名稱、保護地編碼、圖斑編碼、初判變化情況、初判人類活動類型、中心經(jīng)度與緯度、圖斑面積等字段。

2.2.3 數(shù)據(jù)歸類

由于安徽省自然保護地存在大量的交叉重疊，需將判讀圖斑歸為唯一保護地，詳見圖2。歸類原則為：國家級、省級自然保護區(qū)→國家級風景名勝區(qū)→國家級自然保護地→省級風景名勝區(qū)→省級自然保護地。

圖2 自然保護地人類活動遙感監(jiān)測判讀圖斑示意

自然保護地之間涉及交叉重疊的，歸類原則為：森林公園→地質(zhì)公園→濕地公園。

2.2.4 現(xiàn)地核實

調(diào)查人員根據(jù)變化圖斑位置、大小以及圖斑截圖等信息和文件，采用專業(yè)軟件、無人機等手段，現(xiàn)地核實變化圖斑的邊界、面積、現(xiàn)狀、性質(zhì)等，并調(diào)查、追溯影像起點，明確此圖斑類型及前后期變化原因。

2.2.5 核實屬性賦值

對核實圖斑進行屬性賦值，形成自然保護地遙感判讀核實數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫包含核實變化情況、核實人類活動類型、變化年度、是否在保護地范圍內(nèi)、功能分區(qū)、核實面積、是否需要整改等字段。

3 研究成果

3.1 人類活動遙感判讀總體情況及分析

安徽省自然保護地人類活動遙感監(jiān)測共判讀圖斑15 842 個，面積18 283.15 hm2，詳見表2。

表2 安徽省各行政區(qū)域內(nèi)自然保護地人類活動遙感監(jiān)測圖斑面積統(tǒng)計表

由表2 可知，圖斑數(shù)量和面積分布總體呈北多南少。監(jiān)測圖斑面積絕對值較大的市分別為阜陽市、安慶市、池州市、合肥市，這幾個市的自然保護地面積較大，相應的監(jiān)測圖斑也較多。監(jiān)測圖斑占保護地面積比例較高的集中在皖北的亳州市、淮北市、阜陽市、淮南市、蚌埠市，這幾個市相對人口較多、人類活動較為頻繁，相應的自然保護地內(nèi)的變化圖斑數(shù)量和面積占比也較高。監(jiān)測圖斑占自然保護地面積比例較低的為六安市、銅陵市、黃山市、六安市，主要原因是其國土面積或自然保護地面積較大、人類活動相對較少[8]。

由表3 可知，監(jiān)測圖斑類型中，從數(shù)量和面積方面上看，居民點與其他活動最多，其次為農(nóng)業(yè)開發(fā)、養(yǎng)殖開發(fā)和交通開發(fā)，比較符合人類活動特點[9]。圖斑核實中新增變化圖斑3 217 個，其中1 518 個為居民點與其他活動，如新建房屋等，對此類圖斑應加強監(jiān)管，繼續(xù)核實有無手續(xù)、有無侵占行為；新增農(nóng)業(yè)開發(fā)圖斑471 個、養(yǎng)殖開發(fā)圖斑453 個，對此類圖斑應繼續(xù)核實經(jīng)營主體、建設規(guī)模、有無面源污染及所處的保護地功能分區(qū)；新增能源開發(fā)圖斑87 個，應嚴格對照保護地管控清單，對風電光伏類項目尤其關注；新增礦產(chǎn)資源開發(fā)圖斑8 個，應繼續(xù)核實礦權性質(zhì)、批復年限、所在保護地區(qū)位等。無變化圖斑3 804 個，其中2 489 個為居民點，如房屋翻新、加蓋頂棚等，雖在影像上體現(xiàn)變化，但用地性質(zhì)并未改變，對自然保護地影響微乎其微[10]。

表3 安徽省自然保護地人類活動遙感監(jiān)測圖斑分類型統(tǒng)計

3.2 各類型自然保護地人類活動遙感判讀總體情況及分析

由表4 可知，各類型保護地的監(jiān)測圖斑中自然保護區(qū)數(shù)量最多，圖斑總面積最大；濕地公園圖斑面積占比最高。與之相對應的是，全省自然保護區(qū)面積最大，人類活動干擾頻繁。因此，應繼續(xù)分析各項人類活動所在保護地的功能分區(qū)，重點關注該保護地內(nèi)緩沖區(qū)和核心區(qū)內(nèi)的人類活動。

表4 安徽省自然保護地人類活動遙感監(jiān)測圖斑所在保護地分類型情況

4 發(fā)展建議

4.1 落實整合優(yōu)化預案

各地應通過安徽省自然保護地整合優(yōu)化工作，最大限度解決歷史遺留問題。謀劃做好自然保護地整合優(yōu)化預案落地工作，對自然保護地整合優(yōu)化預案的補入、調(diào)出地塊開展進一步的評估論證，依法依規(guī)調(diào)整自然保護地的范圍和管控分區(qū)。對依法解決歷史遺留矛盾后的各自然保護地邊界及管控分區(qū)進行勘界立標，作為后續(xù)規(guī)范管理的邊界[13]。

4.2 完善生態(tài)補償機制

首先，采用直接經(jīng)濟補償?shù)姆绞?，平衡自然保護地生態(tài)環(huán)境管理者與受損者之間的利益關系，緩解雙方矛盾[14]。其次，政府通過加大技術補償力度，如開展技術培訓等活動，提升整個自然保護地范圍內(nèi)居民的綜合素質(zhì)和再就業(yè)能力，以減輕政府的財政壓力。最后，采用自然保護地與原住居民合作經(jīng)營的方式，讓其參與到利益的共享機制中。

4.3 上下聯(lián)動全面監(jiān)管

目前，應加快構建完善與生態(tài)保護監(jiān)管相匹配的生態(tài)監(jiān)測與評估體系；強化部門協(xié)同合作，開展自然保護地遙感調(diào)查與各類生態(tài)保護成效的常態(tài)化監(jiān)測評估；完善自然保護地分區(qū)分級負面清單和準入制度，對開發(fā)類項目進行全過程監(jiān)管；將遙感監(jiān)測與日常巡護相結合，并將遙感常態(tài)化監(jiān)測與氣體、水環(huán)境污染監(jiān)測及無人機低空遙感監(jiān)測技術等專題性監(jiān)測結合[15]。省級層面急需建設保護地監(jiān)管平臺，集成在線判讀、數(shù)據(jù)下發(fā)、數(shù)據(jù)填報、材料上傳、統(tǒng)計匯總等功能，為安徽省自然保護地監(jiān)測、監(jiān)管和決策提供強有力支撐[16]。