基于多源遙感影像的圍填海監測
——以天津南港工業區為例

吳正鵬，奚歌，王健潔

(1.天津市測繪院，天津 300381； 2.國家海洋信息中心，天津 300171)

基于多源遙感影像的圍填海監測
——以天津南港工業區為例

吳正鵬1?，奚歌2，王健潔1

(1.天津市測繪院，天津 300381； 2.國家海洋信息中心，天津 300171)

以2008年～2011年間11個時段的SPOT－5、ALOS、WorldView－2影像數據為基礎，在ERDAS IMAGE的支撐下，采用計算機解譯和目視判讀相結合的影像解譯方法，分別提取天津南港工業區不同時期的圍填海信息，并對其進行定量監測和定性分析。最后，結合我國圍填海管理現狀，對多源衛星遙感影像變化檢測技術在海岸帶監測中的應用前景進行展望。

遙感；圍填海；天津南港工業區；監測

1 前 言

海洋是人類可持續發展的重要基地，也是人類未來生存發展的希望。目前世界各沿海國家，面對有限的土地資源，都在向海洋要土地，圍填海開發成為海洋開發的重要組成部分。

對于“圍填海”目前尚沒有明確的定義，現有研究資料和調查成果中通常引用“填海”、“圍海”、“灘涂圍墾”、“圍海造陸”、“填海造地”等術語。國家海洋局編制的《海域使用分類體系》對“填海造地”和“圍海”的定義如下:“填海造地，指筑堤圍割海域填成土地，并形成有效岸線的用海方式；圍海，指通過筑堤或其他手段，以全部或部分閉合形式圍割海域進行海洋開發的用海方式”。簡單說來，圍填海包含圍海和填海兩種用海方式。圍海是指以全部閉合形式圍割海域進行海洋利用的方式，包含沿海岸進行海域圍割的用海方式和全部在海中進行筑堤圍割的用海方式；填海指將海域填成土地，形成岸線的用海方式，包括直接填充和先進行圍割再填充兩種情況。

本文結合研究目的界定圍填海內涵，即通過人為在海岸線外進行圍海和填海活動，改變指定海域屬性，從而對其進行有效利用的方式。

2 遙感影像變化檢測概述

遙感圖像變化檢測是一門根據遙感圖像和參考數據不同時相的觀測來提取、描述感興趣物體或現象隨時間變化的特征，并定量分析、確定其變化的理論和方法；基本原理是依據地物在遙感影像中所反映出的灰度信息和邊緣特征的個性差異，給定同一地區的多個時相的單波段或多波段遙感圖像(在條件可能的情況下，可以配備一定的輔助數據以提高檢測精度)，采用圖像處理和分析的方法，檢測出該地區的地物或目標有無變化，并對變化做出定性或定量分析。

3 天津南港工業區概況

天津南港工業區，即“天津南港”，位于渤海灣天津市濱海新區海岸線南部(區位圖如圖1所示)，具有極為重要的戰略意義，是《天津市空間發展戰略研究》確定的“雙城雙港、相向拓展、一軸兩帶、南北生態”總體戰略的核心部署，是天津市落實“雙城雙港”城市總體空間發展戰略的重要節點。

圖1 天津南港工業區區位圖

南港工業區自2008年初開始施工建設，范圍(如圖1所示)西起津歧公路，東向東圍海造陸至－4 m等深線，北起獨流減河右治導線以北新建防波堤，南至青靜黃左治導線；規劃面積約 200 km2，其中陸域面積162 km2，海域面積38 km2。

4 天津南港圍填海監測

本項目的目的是監測天津南港工業區填海造地總體進程。項目的總體實施思路是:收集自2008年至今的衛星影像，在遙感數據處理軟件ERDAS IMAGE的支撐下對基準影像進行精糾正并將其他時段影像與其精確配準；結合具體需求從11個時段的影像中選取7期能反映天津南港填海造地進程的關鍵影像，利用遙感影像變化檢測手段(計算機解譯、目視判讀相結合)提取圍海、填海造地變化信息并進行相關統計分析。總體實施方案如圖2所示。

圖2 圍填海監測總體實施方案

4.1 遙感監測數據收集情況

目前，衛星遙感技術已形成多平臺、多傳感器、多分辨率共同發展的局面。遙感衛星包括資源衛星、環境衛星、海洋衛星、氣象衛星等，所獲取的遙感信息具有厘米級到千米級的多種尺度，重訪周期從1 d～50 d不等，在獲取資源環境空間和時間信息方面構成很好的互補關系。一般來說，用于小區域地形變化監測的常用衛星主要有IKONOS、QuickBird、SPOT－5、IRSP5、ALOS、GeoEye、“WorldView”系列等。

針對本項目特點(重點關注填海造地進程、兼顧落地項目建設情況)，綜合分析遙感影像尺度效應、地面分辨率、重訪周期、影像質量特征、數據接收能力、衛星數據存檔及過境資源占用情況等影響因素，最終確定以SPOT－5、WorldView－2為主，ALOS為輔的數據收集方案。截止2011年9月底，共收集7期SPOT－5、1期ALOS、3期WorldView－2數據，具體情況如表1所示。

南港工業區遙感監測數據列表 表1

4.2 基準影像選取及數據處理

基準影像是其余時段影像精確配準的基礎，其幾何糾正精度直接決定了后期圍填海監測(圍海及填海造地面積量測)的精度，選取基準影像時應考慮以下幾方面因素:①影像現勢性；②空間分辨率。

由于本項目收集的衛星影像多為存檔數據，而2011年2、3季度數據為編程接收，通過對比分析所收集的9期存檔數據，2010年4季度WorldView－2數據現勢性最好且空間分辨率明顯優于其余8期影像，因此將其確定為基準影像。此后，在ERDAS IMAGE軟件中，利用外業像控點(針對圍填海監測新增地物多、地貌變化大的特點，像控點必須外業測量)采用二次多項式模型將其分波段(全色、多光譜)糾正并完成影像融合、自然色轉換、色彩調整等工作。

4.3 多時段影像精確配準

以經過正射糾正、影像融合處理的2010年4季度WorldView－2影像為基準，使用ERDAS IMAGE軟件對其余時段的影像采用二次多項式擬合進行幾何配準，用雙線性內插法重采樣生成新影像文件，配準精度控制在1個像素以內。

4.4 確定關鍵時段影像

將經過精確配準的所有時段影像數據導入ERDAS IMAGE軟件中，結合具體需求采用Blend、Swipe、Flicker等工具對比分析確定關鍵時段影像。本文針對不同分析需求選擇2009年1、3季度，2010年2、4季度，2011年3季度影像作為圍海進程監測的基礎數據；2009年3季度，2010年4季度，2011年2季度影像作為填海造地監測基礎數據。

4.5 圍填海監測及分析

天津南港工業區采用吹填淤泥填海造陸技術分填筑圍堤、吹填淤泥兩個環節實施圍填海工程。針對此特點，借助計算機解譯和目視判讀相結合的遙感影像解譯手段，將圍填海進程監測及分析分圍海、填海造地兩方面進行。圖3、圖4分別顯示天津南港工業區不同時段圍海、填海造地變化區域；表2分不同時段就圍海、填海造地面積進行了統計。

圖3 圍海進程示意圖

圖4 填海造地進程示意圖

綜合分析表2中的數據，有如下結論:①2008年1季度～2009年1季度新增圍海面積約 15.73 km2，填海造地尚未啟動；由于初天津南港工業區建設方案2008年獲批并付諸實施，所劃撥陸域部分土地尚有大面積鹽田、池塘、溝渠等需要整理，因此初期圍填海進程緩慢。②2009年1季度～2009年3季度新增圍海面積約7.11 km2，填海造地面積約15.73 km2，圍填海進程較快，陸域部分土地整理停滯。③2009年3季度～2010年2季度，新增圍海面積約 1.38 km2，填海造陸面積未變；此間圍填海進程緩慢，經結合兩期影像綜合分析，主要工作集中陸域土地整理。④2010年2季度～2010年4季度，新增圍海面積約34.23 km2，填海造地面積約 8.47 km2；圍填海進程較快，陸域土地整理工作同步進行。⑤2010年4季度～2011年2季度，圍海面積沒有變化，新增填海造地面積約16.77 km2；填海造地進程較快，陸域土地整理工作基本完成。⑥2011年 2季度～2011年 3季度，圍海總面積約20.53 km2，填海造地面積未變。

天津南港工業區圍填海進程統計表 表2

4.6 小結

截止2011年底天津市通過實施大規模填海，初步建成東疆港區、南疆港區、臨港產業區、南港工業區、中心漁港、濱海旅游區等產業功能區，今后還將繼續下去。因此，針對該區域海域變化可能造成的生態和環境影響，開展長期定位監測和評價，可以為該區域的可持續發展提供理論指導和科學依據。

5 應用展望

當前我國在圍填海活動方面有詳細規劃、控制更加嚴格，但規劃和控制并不能完全消除填海造地對海灣形狀、岸線、面積等的影響，進而多方面影響海灣水生態系統；同時，圍填海對海域生態環境造成的影響多是不可逆的。多源(多時相)衛星遙感影像變化檢測與地理信息系統相結合的技術體系是進行海岸帶監測的最高效手段，可以快速、有效地對海岸帶及其海域空間變化進行及時、準確地動態監測，具有宏觀、快速、準確、直觀等特點。同時，運用定量檢測和定性分析相結合的手段，可以增強海岸帶監測的科學性和精確性，從而為海岸帶及其海域的科學管理和合理開發提供依據。

[1]張漢松.基于對象的海岸帶地物變化遙感檢測技術的研究[D].杭州：浙江大學，2010.

[2]劉琴琴.基于3S技術的廣東省圍填海調查與分析[D].濟南：山東科技大學，2010.

[3]李志剛，李小玉，高賓等.基于遙感分析的錦州海灣填海造地變化[J].應用生態學報，2011，22(4)：943～949.

[4]王娟，卜志國，崔先國等.遙感技術在海岸帶監測中的應用[J].山東科技大學學報(自然科學版)，2010，29(3)：20～25.

[5]邱惠燕，曹文志.基于遙感影像的廈門市填海造地的進程研究[J].環境科學與管理，2009，34(9)：25～28.

[6]張冬，韓飛，章亮.吹填造陸技術在天津濱海新區的應用[J].山西建筑，2008，34(30)：115～116.

[7]宋紅，陳曉玲.基于遙感影像的深圳灣填海造地的初步研究[J].湖北大學學報(自然科學版)，2004，26(3)：259～263.

Reclamation M onitoring Based On The M ulti－Source Remote Sensing Image——As an Example of Tianjin Nangang Industrial Zone

Wu Zhengpeng1，Xi Ge2，Wang Jianjie1
(1.Tianjin Institute of Surveying and Mapping，Tianjin 300381，China；2.National Marine Data Information＆Service，Tianjin 300171，China)

Based on the 11 period satellite images of SPOT－5，ALOS，WorldView－2 from 2008 to 2011，extract the reclamation information in different periods of Tianjin Nangang industrial zone while quantitative monitor and qualitative analysis was done separately by using the software of ERDAS Image and image interpretationmethod combined with computer and visual interpretation.Finally，according to reclamation management situation in China，the future prospect of multi－source satellite remote sensing images change detection technology and its application in coastal zone monitoring was proposed.

Remote Sensing；Reclamation；Tianjin Nangang Industrial Zone；Monitor

2012—04—10

吳正鵬(1981—)，男，高級工程師，主要從事攝影測量與遙感數據處理、應用研究工作。

1672－8262(2012)06－77－04

P231.5

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