基于Landsat的連云港連島圍填?？臻g格局演變分析

王亞娜 謝宏全 梅雪琴 敖新東 馬東洋

摘 要：圍填海主要是指通過人為的修建堤壩，填埋土石方等工程來將近陸域的天然海域變為陸地，從而拓展陸域的生存空間和生產空間的一種人類活動。選擇連云港連島及其周邊為實驗區域，利用1985年與2017年的Landsat影像，運用ENVI 5.1遙感軟件，得出連云港市連島地區32年間圍填海面積的變化圖。研究表明：基于經濟發展以及人文因素的需求，連島進行了大面積的圍填海。

關鍵詞：決策樹分類方法 NDWI指數法 水體提取 圍填海

中圖分類號：S15 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（a）-0000-00

近年來，為緩解工業以及農業的用地需求，連云港市積極開展圍填海運動，圍填海面積逐年上升。但是，圍填海運動改變了連云港的自然海岸格局。因此，準確提取并及時掌握圍填海動態變化信息，深入研究圍填海演變進程，更好地實現江蘇省海洋經濟戰略具有重大的現實意義。目前對圍填海的分析研究主要集中在兩個方面：一是定性地分析圍填海的驅動因素、現狀、影響結果及整治對策等；二是借助遙感技術，定量地進行圍填海的研究[1]。徐諒慧等[2]對1990-2010年浙江省的圍填?？臻g格局進行了定量研究；楊果果等[3]基于譜間關系法的研究成果，分析了南京市面積變化；陳瑋彤等[4]對江蘇南通進行了圍填海開發狀況定量評價分析及開發潛力預測。

1 研究區域概況

連島是江蘇省最大的海島，面積7.6km2，與連云港隔海相望，通過6.7km的中國最長的攔海大堤與連云港市東部城區相連。集青山、碧海、茂林、海蝕奇石、天然沙灘、海島漁村人文景觀于一體，是江蘇唯一的AAAA級海濱旅游景區，盛產海鮮。是夏季避暑納涼、踏浪休閑娛樂、享受海鮮美味的旅游勝地。具有豐富的水體，是典型的水體提取研究區。因此本實驗選擇連云港市連島作為試驗區域。

本實驗主要使用了在地理空間數據云平臺下載的連云港市連島地區的1985年3月23日、2017年3月15日的多光譜遙感影像數據。其中使用的1985年份影像為Landsat5遙感衛星上專題成像儀（TM）獲取，云量為0，數據標識為LT51200361985082HAJ00，2017年份影像為Landsat8遙感衛星上OLI陸地成像儀獲取，云量為17.19%，數據標識為LC812003620170 74LGN00。

2 試驗方法

本實驗利用下載的影像，使用ENVI 5.1遙感軟件，先對影像進行輻射定標，大氣校正以及圖像配準，然后建立感興趣區域對1985年份和2017年份的連云港市影像分別進行裁剪，然后分別計算水體指數NDWI，最后對連云港市連島地區運用決策樹分類（分為水體和非水體）。

2.1 指數法

本實驗中運用的提取指數為NDWI（歸一化水體指數）。針對江蘇省連云港市連島地區的實驗，運用NDWI（歸一化水體指數） 進行提取，該方法利用TM影像中的綠色波段和近紅外進行波段計算，進而二值化處理得到水體信息的提取圖像[3]。

利用NDWI指數提取水體改進的歸一化水體指數NDVI，通過對不同水體的提取實驗，大部分獲得了比NDVI好的效果特別是提取城鎮范圍內的水體。NDWI用遙感影像的特定波段進行歸一化差值處理，以凸顯影像中的水體信息。其表達式為：

式中，Green為綠色波段，NIR為近紅外波段。利用NDWI指數提取水體信息后，為了提高精度，需進行進一步的處理，將高于閾值的水體部分賦值為255，其他部分賦值為0。

2.2 決策樹分類

本實驗使用決策樹方法進行分類。使用決策樹分類可以綜合利用不同來源和類型的數據進行分類，提高了分類精度，并且節點數量不受限制，可以靈活定義決策樹的節點。在實驗過程中，使用決策樹進行分類，大于等于1 的為非水體，小于1的為水體。1985年和2017年的分類結果如圖1和圖2所示。

圖1 1985年決策樹分類結果

圖2 2017年決策樹分類結果

3 結果與分析

3.1 水體演變結果

通過對比1985年和2017年2個不同時相的連云港市連島地區水體提取結果的灰度變化，建立新的變化監測圖像，對結果進行分析。演變結果如圖3所示，黑色部分為海洋變為陸地的部分，白色是85年到17年間沒有變化的部分，灰色表示水體變為海洋。對于1985年到2017年間，連云港市連島海域圍填海區域主要集中在連島西面，在連島西面與云臺山之間建立了一條道路，在云臺山北方向增加了許多淤泥和沙灘，在連島東面與云臺山之間建立了堤壩。

圖3 水體變化對比圖

3.2 演變分析

3.2.1 演變原因分析

根據Landsat遙感影像圖和連云港連島調查區資料，發現位于海州灣灣頂南側的連云港港口，在這30多年來發展巨大，成為江蘇省主要港口，已成為擁有30萬噸級航道的大港口[5]。連島海域漁場位置由1985年位于連島與云臺山之間，因為連云港港口的發展改為連島近海區。同時漁場面積顯著增強。并且，連島與云臺山之間有大面積圍填海區域，增加了道路和建筑，通行方式由原來的僅限船運，變為現在的海陸雙運，增加了兩岸之間的聯系，推動了經濟的發展。

3.2.2 圍填海的影響

（1）圍填海改變了海域的自然屬性：圍填海對連島最直接的影響就是改變了海域原有的自然幾何屬性，包括海岸形狀、海域面積、海灣容量和海底地形地貌等；其次，縮小了海域面積[6]。

（2）圍填海對近海潮動力過程及海灣水交換的影響：海灣內的圍填工程通常會導致灣內潮流減弱，主要動力機制是由于圍填?？s小了海灣的空間尺度，減小了駐波型潮波反射距離所致；連島海灣容積的減小和潮流的減弱會降低連島地區的水交換能力，并導致連島環境容量減小和納污能力減弱。

（3）圍填海對海域生態環境的影響：圍填海改變了連島海域的自然屬性、施工過程會產生污染物、以及其他負面的環境效應，將會對連島海域的生態系統產生不同程度的影響[6，7]。

對此，江蘇省發布《江蘇省沿江沿海港口布局規劃（2015-2030年）》。規劃提出：要建設布局合理、資源集約、保障有力、綠色平安的現代化港口體系，盡可能避免圍填海運動造成的負面影響。

4 結論

本文利用2期遙感影像和連云港連島地區調查資料，使用ENVI 5.1遙感軟件，完成了對連云港連島地區1985-2017年間連島圍填海演變信息的提取以及分析，得出連島基于經濟發展的原因，在連島與云臺山之間增加了大面積的圍填海區域，來擴建港口碼頭、構筑建設用地、沿海養殖，發展旅游業。說明圍填海造地工程與地形條件、發展需要、人類活動程度等因素之間存在密切的關系。

參考文獻

[1] 高志強，劉向陽，寧吉才，等.基于遙感的近30a中國海岸線和圍填海面積變化及成因分析[J].農業工程學報，2014，30（12）：140-147.

[2] 徐諒慧，楊磊，李加林，等.1990-2010年浙江省圍填?？臻g格局分析[J].海洋通報，2015，34（06）：688-694.

[3] 楊果果，高原，周蕾.水體信息遙感自動提取與演變分析——以南京城區為例[J].測繪與空間地理信息，2016，39（10）：35-39.

[4] 陳瑋彤，張東，韓飛，等.江蘇南通沿岸圍填海強度與潛力定量評價研究[J].海洋通報，2015，34（4）：443-449.

[5] 蘇進，徐敏.試論連云港港口的發展[J].淮海工學院學報（社會科學版），2007，5（1）：66-68.

[6] 胡聰.圍填海開發活動對海洋資源影響評價方法研究[D].青島：中國海洋大學，2014.

[7] 林磊，劉東艷，劉哲，等.圍填海對海洋水動力與生態環境的影響[J].海洋學報，2016，38（8）：1-11.