基于Landsat 8 OLI數據的大連市海岸帶解譯標志研究

劉洪洋 龐姍姍 張帥 史凱琦 李微

摘 要：海岸線是由各種地質因素相互作用、河流和海洋沉積物淤積、各種氣象和海洋條件以及人類社會經濟活動塑造的海陸分界線。大連市海岸線約占全國大陸岸線的10%，主要包括基巖海岸、砂質海岸、淤泥質海岸和人工海岸。利用衛星遙感技術提取海岸線、動態監測岸線的變化、獲得海岸帶信息，與傳統的海岸線現場測量相比，具有巨大優勢。而遙感數據解譯標志直接決定了海岸線提取的精度，因此本文以大連大陸海岸線為研究對象，基于landsat 8OLI數據，分析討論各種類型海岸特點及圖像特征，進而確定每一種海岸類型的解譯標志。

關鍵詞：解譯標志 海岸帶 遙感 OLI數據

中圖分類號：P229 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）01（b）-0000-00

基金項目：大連海洋大學大學生創新訓練計劃項目（省乙級）（201510158203）；遼寧省教育廳計劃項目（L2015078）；地理國情監測國家測繪地理信息局重點實驗室開放基金（2014NGCM20）； 大連海洋大學校列項目（2013HYDX05）

大連市海岸線約占全國大陸海岸線10%，占遼寧省海岸線總長度的73%，海岸帶與人類的生活、生產活動息息相關，對沿海的濕地生態，灘涂的興衰等具有重要的指示作用，準確提取與監測岸線信息具有重要價值。

衛星遙感具有多時相、宏觀等特性，與傳統的海岸線現場測量相比，可有效的節省時間、人力和物力。而基于遙感技術的海岸線信息提取首先要確定不同類型海岸線的解譯標志，解譯標志的好壞直接決定了海岸線是否能夠高精度提取。

近年來，眾多學者對不同海岸線類型的解譯標志進行了研究，其中Lodhi等（1997）基于淤泥和海水在近紅外和紅光波段反射率的不同，對淤泥質海岸進行了解譯[1]。馬小峰等（2007）選取針對針對遼寧海岸線，提出了衛星圖像中典型海岸線（基巖海岸、人工海岸、砂質海岸、淤泥質海岸的解譯方法）[2]；方國智等（2009）以遼寧省海岸帶為研究區，根據不同類型海岸各自的地貌特征為依據，通過反射率高低，特殊的紋理特征，色調對比和形態特征來確定解譯標志[3]；孫偉富等（2010）從色彩、紋理、地物鄰接關系等方面建立了萊州灣基巖岸線、砂質岸線、粉砂淤泥質岸線和人工岸線的遙感解譯標志[4]；張漢女等（2010）利用海岸線色、形、位的差異，以及光譜信息和空間信息，指出了不同類型海岸線的解譯特征[5]；謝秀琴等（2011）根據我國東南沿海海岸地貌特征，研究了不同類型海岸線在ETM+、ALOS和SAR衛星圖像中的解譯特征標志[6]；周相君等（2014）建立了廣西大陸沿岸基巖岸線、淤泥質岸線、砂質岸線、生物岸線和人工岸線 5 類主要岸線類型的解譯標志，確定不同類型岸線的提取原則[7]；丁志磊等（2014）在蘇北淤泥質海岸線提取及精度檢驗中采用面向對象的方法建立一套規則集，著重對淤泥質海岸光譜和紋理兩個特征信息進行解譯[8]。

可見，海岸線解譯標志的研究具有明顯的地域性，而針對約占全國大陸海岸線10%的濱城----大連市的海岸帶解譯標志研究還較少，因此本文以大連市海岸帶為研究對象，以landsat 8 OLI為數據源，分析研究大連市不同類型海岸帶的遙感圖像解譯標志，為大連市海岸線的提取及動態監測研究提供參考。

1研究區域概況

大連地處黃渤海之濱，三面環海，大陸岸線長約為1371公里，是中國東部沿海重要的經濟貿易港口、工業、旅游城市。隨著海岸開發力度增大，在人類獲得經濟和社會效益的同時，海岸結構也發生著變化，人工岸線長度不斷增加，占大陸岸線的71.3%，生態系統受損，海岸防災能力減弱，因此提取和監測海岸帶信息對海岸有效利用和保護具有重要意義。目前大連市海岸線可分為基巖岸線、砂質岸線、淤泥質岸線和人工岸線四種類型，其中渤海大陸岸線長度為621公里，黃海大陸岸線長度750公里。同時基巖海岸線長452公里，其中大連灣、大窯灣、小窯灣、黃咀子灣、龍王塘灣、雙島灣等是我國典型的基巖港灣岸；淤泥質岸線長603公里，主要分布于青堆子灣、登沙河沿岸、復州灣兩側（青堆子，莊河口、皮口、石河、復州灣）；砂礫質岸線長316公里，在杏樹屯、黃龍尾、金州灣、太平灣等海域有較多分布[9]。每種類型海岸都有其獨特的特點，見表1。

2結果與分析

自1972年7月23日以來，美國Landsat系列陸地衛星已連續40多年對地球觀測，使得海岸線的自然遷移以及人工海岸的動態監測研究成為可能。Landsat 8衛星于在2013年2月發射成功，其中主要載荷之一OLI陸地成像儀包括9個波段，空間分辨率為30米，其中包括一個15米的全色波段，成像寬幅為185x185km。OLI較之前的TM和ETM+新增了藍色波段，主要應用海岸帶觀測，Landsat 衛星數據，特別是Landsat 8 OLI數據在海岸帶研究中具有較大優勢。因此本文采用USGS網站下載的Landsat 8 OLI L1B級數據，以大連市不同類型海岸帶為研究對象，研究每一種海岸類型的海岸帶的遙感圖像解譯標志。

2.1 基巖海岸

大連基巖海岸集中分布于遼東半島南端，滿家灘、涼水灣一帶，是由石灰巖組成的海岸。如圖1所示。

由圖1可知，基巖海岸的海岸線位置應是明顯的水邊線即水陸分界線上。海岸的色調灰暗，岸上建筑物的亮度較高呈亮白色，在TM432假彩色合成影像中的海岸植被根據不同的長勢呈淺紅色或暗紅色[4]，呈斑塊狀。近岸的礁石呈灰色，分布散亂，巖石的紋理粗糙，且亮度分布不均。因此可以將色調、顏色、紋理、形狀以及位置等作為主要解譯標志。

2.2 砂質海岸

砂質海岸的岸線一般比較平直，分布有幾十米甚至幾百米的廣闊砂質海灘，見圖2（a）和（b）。由于潮汐作用的影響，沙灘有時會被海水部分或全部淹沒，當海水退去時，沙灘則又露出。

砂質海岸的紋理特征明顯（見圖2（c）），含水量較高的沙灘，光譜反射率較低，在圖像上亮度較低，未被海水淹沒的沙灘灘面干燥，光譜反射率較高，亮度較高，一般表現為亮白色。因此可以將色調和紋理等作為主要遙感圖像解譯特征。

2.3 淤泥質海岸

淤泥質海岸可分為己開發和未經開發兩種類型。已開發的淤泥質海岸多為蝦池、鹽田等海產養殖區域，為了避免海洋惡劣天氣的影響，防止大潮高潮或風暴潮時海水無控制的灌入修筑了堤壩，因此該類型海岸按照人工海岸進行解譯。而未經開發、保持自然狀態的淤泥質海岸，灘面坡度平緩，灘面寬度可達數千米甚至更寬。在OLI752假彩色合成遙感圖像上，淤泥因富含有機質而在影像上呈灰色色調[5]。在OLI543假彩色合成影像中，淤泥質海岸向陸一側植被生長茂盛，呈紅褐色或暗紅色，向海一側植被較為稀疏呈淺紅色，如圖3所示。

此外由于高低潮時海水的反復沖刷，使得海岸線在紋理對比度上容易辨別[8]。因此可以將色調，紋理，光譜特征等作為圖像主要的解譯標志。

2.4 人工海岸

大連人工海岸主要包括碼頭海岸、堤壩海岸、養殖區海岸、鹽田海岸和城市景觀海岸5種。其中堤壩海岸的防波堤寬度一般小于Landsat 8 OLI數據空間分辨率（30米），因此本文僅分析討論碼頭海岸，養殖區海岸，鹽田海岸以及城市景觀海岸的圖像特征及解譯標志，如表2所示。

3 結論

海岸線解譯標志為海岸分類提供了依據，進而為精確提取海岸線，動態監測海岸線變化提供參考。因此本文以大連海岸帶為研究對象，結合landsat 8 OLI數據特點，討論了大連市不同海岸類型的圖像亮度、紋理及形狀等特征，最終確定了基巖海岸，砂質海岸，淤泥海岸及人工海岸4種類型岸線的解譯標志：（1）針對大連基巖海岸，選取色調、顏色、紋理、形狀以及位置等作為主要解譯標志；（2）針對砂質海岸，因沙灘含水量的不同，選取色調和紋理等作為主要遙感圖像解譯特征；（3）針對淤泥質海岸，由于灘面寬廣，植被疏密不同，以及紋理特征明顯，則選取了色調，紋理，光譜特征等作為圖像主要的解譯標志；（4）針對不同的人工海岸類型，分別選擇紋理、色調、形狀作為港口碼頭主要解譯標志；選取顏色、形狀、色調、相關布局作為養殖區海岸解譯標志；選擇形狀、圖型、色調、顏色作為鹽田海岸解譯標志；以及確定色調、相關布局為城市景觀海岸的解譯標志，為進一步提取海岸信息，確定海岸線提供特征和依據。

參考文獻

[1] 馬小峰，趙冬至.海岸線衛星遙感提取方法研究[D].大連：大連海事大學，2007.

[2] 方國智，胡克.基于RS和GIS的遼寧省海岸線百年變遷研究[D].北京：中國地質大學，2009.

[3] 孫偉富，王巖峰，馬毅.1978-2009年萊州灣海岸線變遷研究[D]. 山東青島：國家海洋局第一海洋研究所，2010.

[4] 張漢女，黃方，許江.基于SVM的海岸線提取方法研究[D].吉林長春：東北師范大學，2010.

[5] 謝秀琴.基于遙感圖像的海岸線提取方法研究[J].福建地質，2011，31（1）：61-62.