遙感測繪技術在水域灘涂規劃中的應用

王超 張宇 王效民 張淼 李玉清

摘? 要：作為特殊的地理資源，水域灘涂一直在國家土地規劃中占有重要地位，但是由于其特殊的地貌特征，應用傳統技術的測量手段和規劃難度很大。文章綜合介紹了遙感技術在水域灘涂資源規劃中的優勢及應用，對水域灘涂的環境特征、發展現狀和應用遙感技術進行規劃的基本手段和原理。在應用遙感技術進行數據采集、處理、提取及規劃的基礎上，介紹科學評價水域灘涂資源稟賦和環境承載力的遙感技術手段，為水域灘涂資源規劃和環境綠色可持續發展提供技術對策。

關鍵詞：遙感;灘涂;測繪

中圖分類號：S9-0;P237文獻標志碼：C

1 引言

水域灘涂規劃是國土空間規劃的重要組成部分和水產養殖業發展的基礎性工作，利用規劃設計來優化水產養殖生產布局是推進水產養殖業和環境生態綠色高質量發展的必然要求，因此必須將養殖水域灘涂規劃納入國土空間規劃和農業空間規劃的大局中統籌考慮，實現縣域空間統一規劃相協調。水域灘涂受水陸動力多重作用，其演變形式復雜多樣，具有沖淤現象明顯，空間位置不斷遷移的特征，年代久遠的歷史地形圖和資料已無法滿足規劃設計工作的需求，且進行實地測量又因受到水域風浪、潮汐等自然因素的影響很難開展，采用常規方法來獲得水域灘涂的分布數據難度較大[1，2]。遙感技術具有快速、宏觀、跨時段、大尺度地進行調查與監測的優勢，能夠在水域灘涂規劃工作中起到特殊的作用。在水域灘涂測繪操作的過程中，遙感測繪技術具有十分廣泛的應用，具有宏觀、成本低、效率高等特點，是當前水域灘涂調查工作中非常重要的技術手段[3]。

2 水域灘涂邊界的遙感識別與提取

2.1 規劃區數據采集

水域灘涂數據具有明顯的時空動態變化特征，原則上應選用多波段、多時相、多空間分辨率、多層次的衛星觀測系統，確保能夠獲取灘涂地域動態、準確、快速、大面積、多尺度的數據[4]。灘涂規劃區數據的采集應首先完成相關歷史資料和圖件的整理搜集，再對規劃區的地形圖、行政圖和土壤圖件進行數字化，最后利用不同時期遙感圖像提取規劃區灘涂利用及其變化情況，確定不同時期灘涂資源的時空分布。影像選取時間新、分辨率高的遙感衛星圖像作為底圖，一般空間分辨率不應低于30米，如美國陸地資源衛星Landsat TM、中巴地球資源衛星02C、國產高分一號衛星（GF-1）等都滿足條件，另外影像的云覆蓋率不超過10%，時間段一般選擇4月～9月，能滿足水域灘涂的地物識別，主要包括海岸、植被、河口、養殖區等地物的識別。

選取合適的波段組合是開展遙感測繪工作的關鍵。由于各地物在不同波段范圍內反射率不同，故不同地物在不同波段范圍內成像是不同的，這樣采用不同波段組合可以區分不同利用類型的灘涂。遙感分波段記錄了地物波譜的微弱差異，充分利用地物在不同波段的差異有效識別物體，在進行遙感數據處理前，首先進行最佳波段組合方案的選擇。

2.2 遙感圖像預處理

2.2.1 圖像的校正

遙感圖像的校正能夠有效地消除數據獲取過程中的變形和誤差，使數據更趨近于真實數值，有利于規劃工作的開展。行業一般采用ENVI（The Environment for Visualizing Images）遙感圖像處理軟件對數據進行幾何精準校正，用高程常量來表示邊界特征線高程的做法存在一定的誤差，在較大面積的水域灘涂地形反演過程中，特征線水平誤差影響是造成測繪誤差的主要因素[5，6]。利用已知地形圖空間插值法構建參考DEM含有空間插值誤差。但該評價方法能夠從全局了解誤差分布情況，掌握誤差分布特征，校正后各時相圖像處于同一誤差分布下，消除了由不同影像誤差對灘涂資源動態監測帶來的準確度影響。在幾何校正中，數學校正模型選取能夠起到非常關鍵的作用，目前常用的模型主要有三種：一是最鄰近值采樣、雙線性內插值采樣與三次卷積采樣。其中臨近值采樣通過對圖像反向變換得到的一個浮點坐標，對其進行取整，得到整數型坐標，整數型坐標對應的像素值就是目標像素的像素值，雖然可以得到足夠的糾正精度，但是容易出現像元偏移問題，得到的圖像質量不高;二是三次卷積采樣是通過16個相鄰像元的距離加權平均值估算新像元值的重采樣方法，計算精度高，但是計算量相對較大;三是雙線性內插值采樣通過對于一個目的像素設置坐標，并通過反向變換得到的浮點坐標，其像素值由原圖像坐標周圍的四個像素值確定。這種方法計算量大，但縮放后圖像質量高，不會出現像素值不連續的情況。由于雙線性插值具有低通濾波器的性質，使高頻分量受損，所以可能會使圖像輪廓在一定程度上變得模糊。在實際工作中，三種方法各有所長，各自對應不同的應用場景。

2.2.2 圖像的增強處理

圖像增強指利用各種算法提高圖像中的對象與背景的對比度與圖像清晰度，從而突出人或其它接收系統所感興趣的目標部分，而遙感圖像增強則指用各種數學方法和變換算法提高某灰度區域像素的反差、對比度與清晰度，增加圖像中各地物特征的對比度，從而提高圖像顯示的可用性，使圖像有利于人眼識別，進而提高圖像的目視解譯性能，提高圖像的視覺效果，使分析者能夠更容易地識別圖像內容，從圖像中提取有價值的數據信息。圖像增強的主要手段有彩色增強、圖像拉伸、濾波增強、比值增強和數據融合等。處理的過程一般需要多種手段綜合運用已達到高效識別的效果。

2.3 遙感信息提取

灘涂土地利用類型的劃分與解譯標志的建立

遙感信息提取分類是遙感圖像處理系統的核心功能，也是地物信息提取的重要環節，利用遙感技術可以對典型的灘涂生境信息進行提取。按照國家土地資源分類系統和灘涂利用情況，一般可分為水田、灘涂、水庫、坑塘、葦田、天然水域和養殖水面。

遙感信息提取又稱作圖像解譯，是指從遙感圖像上獲取目標地物信息的過程。解譯方法可分為目視解譯和計算機圖像解譯。目視解譯是遙感圖像解譯的一種，又稱目視判讀，或目視判譯，是遙感成像的逆過程，它指專業人員通過直接觀察或借助輔助判讀儀器在遙感圖像上獲取特定目標地物信息的過程。計算機圖像解譯由于土地類型的自動識別和分類精度目前還達不到所需的程度，因此在常規應用中一般采用目視解譯和計算機解譯相結合的方式。灘涂面積提取采用人工目視判讀與計算機自動分類相結合的方法， 先建立岸線提取的解譯標志，再對于平均高潮線附近地物類型復雜而難以直接判別海岸線的地區，通過計算機監督分類或非監督分類進行自動地物分類來輔助海岸線提取，一般使用ENVI（The Environment for Visualizing Images）軟件進行處理。水域灘涂的數據提取主要包括水邊線提取、植被邊線提取、沖刷線痕跡提取，目前一般采用神經網絡分類方法和密度分割法，結合局部影響增強、輔助紋理信息邊緣檢測實現數據的提取。

3 遙感分析與規劃

3.1 灘涂資源分類

根據灘涂的物質組成成分，可分為巖灘、沙灘、泥灘三類;根據潮位、寬度及坡度，可分為高潮灘、中潮灘、低潮灘三類;從人類經濟活動目標分類，可分為養殖灘涂、蘆葦灘涂、宜鹽灘涂和旅游灘涂。水域灘涂是動態變化的資源，水陸邊界的變化直接導致灘涂資源的增長或消退，從水陸邊界的變遷的演變特征可以對水域灘涂資源的規劃提供數據支撐。灘涂的變化會對區域經濟的可持續發展帶來影響，一方面會帶動水產養殖業的興起，另一方面卻會帶來灘涂生態功能的破壞，因此采用遙感技術進行資源動態監測，采用相應措施及時調整灘涂土地利用結構是很有必要的。

3.2 灘涂資源的價值評價

灘涂作為鄰近水域的優勢生態資源，其生態承載力評價是其整體價值評估中重要的一部分，采用多源多時相衛星遙感數據，構建基于遙感的灘涂生態承載力評價指標體系，以灘涂面積保有率和生境植被覆蓋度變化率來反映灘涂生態系統變化狀況，進而綜合分析灘涂生態承載力是灘涂資源價值評價的核心內容。

灘涂資源的不同利用方式價值差異量較大，同時也受當地人文經濟條件影響，不同分類的灘涂資源并沒有嚴格的界限，如養殖灘涂、蘆葦灘涂和宜鹽灘涂都可以是旅游灘涂，目前還沒有理論和方法形成完整的評價體系，規劃部門可根據當地不同的市場定位予以評價?？傮w來說，不同的規劃利用方式對水域灘涂資源的價值衡量影響很大，養殖灘涂價值最大;旅游灘涂價值波動較大，發展潛力巨大;宜鹽灘涂雖然經濟價值較高，但是對生態環境破壞性較大;蘆葦灘涂的商品價值要遠小于其他三類，但是生態效益較為明顯。

3.3 遙感分析與規劃

利用GIS（地理信息系統）對灘涂資源進行分析是現代國土規劃設計工作的一種高效信息化手段。地理信息系統（Geographic Information System或 Geo-Information system，GIS）是一種特定的十分重要的空間信息系統。它是在計算機系統支持下，對整個或部分地球表層空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。在地理信息系統中對水域灘涂對象多源多格式數據進行集成管理，充分利用地理信息系統技術的優勢，有效構建水域灘涂資源的規劃系統，實現灘涂資源數據的增刪改查以及分析和制圖，實現文本數據和地里空間數據的關聯。另外，無人機遙感技術是衛星遙感技術的高精度補充技術手段，從分辨率來講，無人機航空影像分辨率較高，可搭載各類遙感測量設備，無人機影像可以直接輸出空間三維圖、地形圖、等高線圖等不同空間數據模型，可以對水域灘涂資源進行高精度識別及規劃。

遙感分析主要是應用統計模式識別分類法對多光譜遙感數據進行土地利用進行分類，提取目標的專題信息。由于灘涂區域地物復雜度比較高，通常采用基于知識分類庫的模糊分類法，遙感影像進行對象分割以后，數據集中的每個對象包含了不同波段的光譜均值和空間測度，可用于灘涂景觀結構規劃分析、精確分類和生物指標推算。遙感測繪技術是漁業行政部門對水產養殖業進行規劃管理的重要手段，通過衛星影像數據界定可養殖區和非養殖區。利用遙感技術進行水域灘涂的規劃就是要明確養殖區、禁養區、限養區、水源區、旅游區的分界線，按照各自的功能實現發展布局，實現生態文明生產。

4 結語

灘涂面積的不斷擴張給土地開發利用帶來了廣闊的前景，為水產養殖、耕地開墾提供了后備資源。灘涂生態系統很容易受到人類生活的影響，人類對灘涂的不合理開發利用，會嚴重破壞灘涂生態系統的原有平衡。利用多時相的遙感影像可以快速有效地對水域灘涂的變遷進行動態監測，科學的分析灘涂資源類型、應用現狀和空間格局等特征，可以探究灘涂開發利用和生態環境保持的關系，實現灘涂資源的數字化，為灘涂水域的規劃提供數據支撐和理論依據。因此，要應用遙感技術對水域灘涂資源科學合理地進行規劃，為中國的生態文明建設和產業轉型升級提供助力。

參考文獻：

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Application of remote sensing and surveying mapping technology in the waters and tidal flats planning

WANG Chao1， Zhang Yu2， WANG Xiaomen3， ZHANG Miao4， LI Yuqing5

（1. Aquatic Animal Resources Conservation Center of Heilongjiang Province， Harbin 150018， Heilongjiang， China; 2. Institute of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences Agricultural Remote Sensing and Information， Harbin 150000， Heilongjiang， China; 3. Harbin City Academy of State Land Resources Survey Planning， Harbin 150028， Heilongjiang， China; 4. Mulan County Fisheries Technology Extending Stations， Mulan 150000， Heilongjiang China; 5. Bayan County Longquan Town Peoples Government， Bayan County， 150000， Heilongjiang， China）

Abstract：As a special geographical resource， water tidal flats occupied an important position in national land planning， but because of its special topographical features， the application of the traditional technology of measurement and planning is difficult. The article introduced the advantage of remote sensing technology in the waters of tidal flats resources planning and application， the water environment characteristics of tidal flats， the development status and application of remote sensing technology in planning of the basic means and principles. In the application of remote sensing technology for data acquisition， processing， extraction and planning on the basis of scientific evaluation waters of tidal flats resources endowment and environmental bearing capacity of the remote sensing technology， tidal flats for water resources planning and sustainable development of environment green provide technical countermeasures.

Keywords：Remote sensing; Tidal flats; Surveying and mapping

作者簡介：王超（1976.10-），女，黑龍江省水生動物資源養護中心高級工程師。研究方向：淡水養殖。

通訊作者：張宇（1981.10-），男，黑龍江省農業科學院農業遙感與信息研究所助理研究員。研究方向：遙感技術。