基于 BJ—1的環渤海區海岸工程變化遙感監測研究

楊娟++賈周云++邵靖凈

摘 要：及時、有效地監測海岸工程的變化情況，對相關單位準確掌握海岸帶及其附屬經濟腹地的發展狀況有重要意義。以BJ-1（北京一號）數據作為數據源，采用多種變化監測方法對天津港和長興島港區2009—2011年海岸工程進行了變化監測研究，得到了所選區域3年中每年4個季度的監測結果。結果表明，基于自動提取與目視解譯的方法更適用于BJ-1數據的遙感變化監測。

關鍵詞：渤海；海岸工程；衛星；動態監測

中圖分類號：P237 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.012

目前，利用遙感影像進行動態監測的方式主要運用于土地利用和土地覆被方面，很少用于海岸工程動態監測的研究。比如，馮鐘葵等對 1986—2005年 青海湖地區的 TM數據進行了跟蹤分析，得到 20年間青海湖的水域面積及湖岸線等的變化信息，并將其與青海湖同期的氣象資料進行了對比分析，得到了湖區的變化趨勢及其他相關變化信息；雷聲等基于鄱陽湖 1983—2010年的 100顆多景衛星遙感影像，并結合鄱陽湖區水文站的水位信息進行了綜合分析，得到了鄱陽湖的水位、面積等多種分析結果。

1 研究區域概況及數據處理

1.1 研究區域概況

研究區域分別選擇了天津港和長興島。針對環渤海地區重大海岸工程動態監測的研究內容，設定了2個重點實驗區，即天津區塊（117.37°～120°E，37.98°～39.5°N）和長興島區塊（121°～121.5°E，38.7°～39.5°N）。天津港地處渤海灣頂的海河入海口，是綜合性的對外貿易港口；大連長興島港區位于中國遼東半島中西部，大連瓦房店市西側，四面環渤海，全島東西長30 km，南北長11 km，環島岸線長91.6 km，具有建設2×105～3×105 噸級碼頭的優良深水岸線資源。

兩港區的地理特征不同，天津港水域的條件較差，泥沙淤積嚴重，難以滿足巨型船舶進、出港的要求；長興島港區的水深條件好，底床和岸灘穩定，水體含沙量小，泥沙淤積輕微，沒有驟淤問題。本文選取不同性質的港口進行了變化監測分析，具有實際參考意義。

1.2 數據處理

圖像預處理，首先進行BJ-1衛星智能輻射增益條件下的輻

射校正。以天津港為例，選取其2010-05-01的BJ-1衛星影像作為基準數據。經實驗分析，利用直方圖匹配法對其2006-11-01的BJ-1衛星影像進行了輻射校正，并進行了幾何糾正，結果如圖1所示。其中，（a）為2010-05-01的基準影像，（b）為2006-11-01待校正的影像，（c）為2006-11-01校正后的影像，（d）為校正后紅色方框區域內的影像疊加效果。2 海岸工程變化監測方法及監測結果

2.1 海岸工程變化監測方法

海岸工程的動態監測主要分為2個步驟，即變化信息的監測和變化信息的提取處理。監測變化信息時，可運用差值法、比值法、波段替換法、分類后比較法、PCA主分量差值法、PCA

三分量提取法、最小噪聲分離法和波譜角差異法等。經對比分析和組合后，得到了基于BJ-1衛星影像數據的海岸工程動態監測的組合方法，如表1所示。

表1 變化信息提取的組合方法

序號 組合方法

1 差值法+直方圖峰值圖像分割法

2 比值法+統計分類法

3 PCA主分量法+峰值圖像分割法

4 波段替換法+SVM 分類法

5 PCA三分量提取法+面向對象信息提取

6 基于面向對象的分類提取

提取變化信息時，主要選取圖像分割法、SVM分類法和面向對象的分類法進行了監測試驗。采用圖像分割法可確定分割閾值。目前，常用的自動分割閾值的方法主要有基于直方圖形狀的方法（Otsus、kittlers）、基于力矩的方法（Tsais）和基于信息熵的方法（Kapurs）等。經實驗分析，選取Ostus 進行了變化信息的提取，其精度較高。

2.2 監測結果及精度分析

基于天津港2期BJ-1衛星影像數據，結合表2中的監測方法得到的試驗結果如圖2所示，精度評價如圖3和圖4所示。圖2的1～6為表1中的6種方法，紅色部分為海岸工程變化的監測結果。

由圖2可知，第6種方法的效果最好，即采用基于面向對象的分類提取方法得出的監測結果最好。該方法可有效監測出發生變化的區域，出現漏分現象的概率很低，但仍無法避免一些錯分現象的發生，比如監測了天津港北部、南部及西南部等本不在變化監測范圍內的區域。由于海岸工程的整體性較強，所以，無法避免相近地物易混淆等現象的出現，且其空間結構復雜、關系錯綜，常造成監測結果的錯分。

由圖3和圖4中的精度評價可知，采用波段替換法+SVM分類的處理結果精度最高。由于波段替換時，波段信號會增強，進而形成高維空間，但高維空間需要采用SVM分類法分類。因此，這兩種方法組合后，得到的監測結果精度較高。

綜上所述，基于BJ-1數據，采用面向對象分類提取法+波段替換法+SVM分類法監測的方式適用于環渤海地區海岸工程的變化監測。

3 監測結果分析

利用基于BJ-1衛星數據的變化監測方法，基于 2009—2011年度環渤海區重點區域BJ-1衛星數據，如表2所示，得到了環渤海2個重點區域的變化結果，如圖5所示。由圖5可知，在這2個重點區域中，天津港的變化最大，監測結果精度最高，能清晰地反映出天津港各部分的變化情況，這對天津港及其周邊地區的研究具有重要的參考作用；受自然因素的影響，長興島港區BJ-1衛星數據的質量較差，監測結果精度較低。

4 結束語

由海岸工程變化的監測結果可知，采用面向對象分類提取法+波段替換法+SVM分類法監測的精度和穩定性較高。此外，對于環渤海區的2個不同類型的海岸工程，采用上述監測方法進行動態分析的準確性高，具有實際參考意義。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕