基于高分遙感影像的安徽省自然保護地人類活動遙感監測研究

杜傳奇

（安徽省林業調查規劃院，安徽 合肥 230031）

自然保護地是安徽省自然生態空間中最重要的部分，是生態建設的核心和實施保護戰略的基礎，在全省生態安全中居于首要地位。經過近40 年的發展，安徽省已建立包括自然保護區、風景名勝區、地質公園、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、改善生態環境質量和維護生態安全方面發揮了重要作用。

安徽省自然保護地數量多、面積大、分布廣、地理環境復雜、建設項目繁雜、監管人手少，僅靠傳統的地面調查手段難以及時發現和監督保護地內各項違法違規活動[1]。衛星遙感具有宏觀性、及時性、客觀性等特點，是目前開展自然保護地人類活動監管的最佳手段[2]。

1 研究區概況

1.1 研究對象

研究對象為安徽省整合優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、風景名勝區、森林公園、地質公園、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110 個、風景名勝區41個、森林公園81 個、地質公園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，對自然保護地內的人類活動變化進行動態監測。利用遙感判讀和Arcgis 分析方法，提取監測范圍內的各項人類活動變化的位置、面積、類型等初判信息；通過現場核實和材料收集等分析區域內自然保護地人類活動情況（包括礦產資源開發、工業開發、能源開發、旅游開發、交通開發、養殖開發、農業開發、居民點與其他活動、森林經營、工程建設十大人類活動類型）[3]，發現違法違規問題。

1.3 研究意義

通過判讀結果，分析單個自然保護地及區域內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據支撐，進而為全省自然保護地科學規劃、系統管理及提升自然保護地的監管能力等提供數據和技術支撐[4]。

2 數據來源與研究內容

2.1 數據來源

2.1.1 高分影像

高分影像主要采用GF1、GF2、GF6 衛星影像，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據按照一定的規則（或算法）進行運算處理，獲得比任何單一數據更精確、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據[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狀管理數據為此次判讀依據，數據為shp 格式，包含保護地名稱、市、縣（區）、功能分區、面積等字段。

2.2 研究內容

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域的變化。新建面圖層，在面圖層中勾繪出變化區域，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、縫隙或內部拓撲等問題。對每一保護地的shp 邊界網格化（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據庫。數據庫包含市、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、中心經度與緯度、圖斑面積等字段。

2.2.3 數據歸類

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→國家級風景名勝區→國家級自然保護地→省級風景名勝區→省級自然保護地。

圖2 自然保護地人類活動遙感監測判讀圖斑示意

自然保護地之間涉及交叉重疊的，歸類原則為：森林公園→地質公園→濕地公園。

2.2.4 現地核實

調查人員根據變化圖斑位置、大小以及圖斑截圖等信息和文件，采用專業軟件、無人機等手段，現地核實變化圖斑的邊界、面積、現狀、性質等，并調查、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據庫。數據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、功能分區、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 安徽省各行政區域內自然保護地人類活動遙感監測圖斑面積統計表

由表2 可知，圖斑數量和面積分布總體呈北多南少。監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，相應的監測圖斑也較多。監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的變化圖斑數量和面積占比也較高。監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，監測圖斑類型中，從數量和面積方面上看，居民點與其他活動最多，其次為農業開發、養殖開發和交通開發，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管，繼續核實有無手續、有無侵占行為；新增農業開發圖斑471 個、養殖開發圖斑453 個，對此類圖斑應繼續核實經營主體、建設規模、有無面源污染及所處的保護地功能分區；新增能源開發圖斑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；新增礦產資源開發圖斑8 個，應繼續核實礦權性質、批復年限、所在保護地區位等。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，雖在影像上體現變化，但用地性質并未改變，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測圖斑分類型統計

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，各類型保護地的監測圖斑中自然保護區數量最多，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，全省自然保護區面積最大，人類活動干擾頻繁。因此，應繼續分析各項人類活動所在保護地的功能分區，重點關注該保護地內緩沖區和核心區內的人類活動。

表4 安徽省自然保護地人類活動遙感監測圖斑所在保護地分類型情況

4 發展建議

4.1 落實整合優化預案

各地應通過安徽省自然保護地整合優化工作，最大限度解決歷史遺留問題。謀劃做好自然保護地整合優化預案落地工作，對自然保護地整合優化預案的補入、調出地塊開展進一步的評估論證，依法依規調整自然保護地的范圍和管控分區。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進行勘界立標，作為后續規范管理的邊界[13]。

4.2 完善生態補償機制

首先，采用直接經濟補償的方式，平衡自然保護地生態環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居民的綜合素質和再就業能力，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營的方式，讓其參與到利益的共享機制中。

4.3 上下聯動全面監管

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