基于DSAS的長興島海岸線時空演變分析

張露文

(遼寧師范大學 遼寧 大連 116000)

一、引言

(一)研究背景與意義

隨著海島經濟逐漸被重視，海岸線的開發力度也隨之增大。人類活動對海岸線的破壞加速了自然岸線的消失，整個海島的生態系統也發生變化。海岸線的變化使得海島經濟發展受阻，海島居民的生活環境和生活質量受到影響。

(二)國內外研究現狀

海岸線是劃分陸地和海洋的界線，會因海面、地殼的升降等的變化而變動。而岸線資源是一種重要的自然資源，它承載了海島居民許多生產生活的活動，與海島的社會生活、經濟發展、交通運輸息息相關。因此近年來，海島岸線的演變研究逐漸受到關注。例如，侯西勇等開展了中國大陸海岸線遙感提取及變化研究。

二、研究區概況、數據來源與處理

(一)研究區概況

長興島地處東經“121°32'”,北緯“39°29'2″—39°39'“,四面環渤海,僅一橋與陸地相連。在相對位置上為遼東半島、大連市渤海一側海岸線的中段,大連瓦房店市西側,北瀕復州灣,南臨葫蘆山灣與交流島相望,東側以狹窄水道與大陸相連。

(二)數據來源與處理

本文選用長興島地區1995～2015年3期Landsat遙感影像作為海岸線提取的數據源,數據源于地理空間數據云。本文采用美國Landsat 5/7衛星的TM/ETM+遙感影像作為主要分析數據，收集的衛星影像在海岸線區域無云霧遮擋，海陸界線清晰，便于提取。研究數據包括2005—2014年研究區的遙感影像、地形圖、2009年908精確海岸線矢量數據、大連長興島經濟技術開發區總體規劃以及行政區劃圖。

三、海岸線提取與演變分析

(一)長興島水邊線提取

目前,提取水邊線主要有6種方法。本文采用改進歸一化水體指數法(MNDWI)對遙感影像進行處理。MNDWI是在NDWI的基礎上改進的結果。利用水體的光譜反射特征，采用改進的歸一化差值水體指數(MNDWI)突出影像上的水體信息，實現水體與背景的分離。歸一化差值水體指數計算公式如下：

MNDWI=(Green-MIR)/(Green+MIR)

其中，MIR指中紅外波段，在此基礎之上,對其進行二值化處理,分離出水體與陸地。將二值化處理后的柵格圖在ArcGIS10.2中進行自動矢量化,來提取各時期衛星過境時的水邊線。

(二)海岸線時空演變評價方法

目前,海岸線演變常用結束點率(End Point Rate,EPR)量化時空演變特征。分析岸線變化的方法主要通過比較岸線的位置變化，確定海岸線的變化速率等參數，以此來說明岸線的沖淤情況。本文將提取的海岸線導入具有數字岸線分析系統(DSAS)功能的地理信息系統以計算岸線變化率。其內容包括基線、岸線以及與岸線正交生成的一系列剖面三個主要部分。綜合使用基線法和面積法,通過GIS和DSAS定量獲取長興島岸線變化速率及陸域變遷面積,進行海岸線時空變化特征分析。

(三)海岸線演變特征分析

采用數字海岸線分析系統(DSAS),對長興島海岸線進行定量分析。DSAS是基于ArcGIS平臺,通過線性回歸方法計算出海岸線的變化速率,從而揭示大范圍、長時間的海岸線變遷。

利用DSAS進行海岸線分析的主要流程如下。首先,利用已有的岸線數據,通過多次擬合、調整,選定基線。其次,統一設置300m的采樣間距,進行多次擬合、修正后,生成了319條垂直于上述基線并與所有岸線相交的等間距切線。再選取相鄰的兩期岸線,利用DSAS對319個斷面進行計算，得到不同年份岸線長度、岸線年平均變化速率、終點變化速率,用于對長興島海岸線變遷進行定量分析研究。岸線年平均變化速率的計算公式如下:

式中,Ri,i+1是相鄰年份間的岸線年平均變化率(i=1—3);Si+1為第i+1期海岸線與研究區陸域縱邊界所圍區域的面積;Si為第i期海岸線與研究區陸域縱邊界所圍區域的面積;Li為第i期海岸線的長度;ΔYi,i+1,為第i+1期與第i期海岸線年份數的差值。終點變化速率(End Point Rate)的計算公式如下:

式中,Ei,j是相鄰年份間沿某條切線m的岸線終點變化速率;dj為沿切線m第j期海岸線到基線的距離;di為沿切線m第i期海岸線到基線的距離;ΔYj,i為沿切線m第j期與第i期海岸線年份數的差值。利用基線法可計算出10年間長興島海岸線空間變化距離與空間分布。研究區的海岸線總體趨勢是長度增加，從2005年的96.8km增長到2014年的138.9km。

四、結果與分析

(一)海岸線長度時空變化

根據遙感影像對海岸線監測的結果顯示，2005年、2010年、2014年長興島海岸線的總長度分別為96.8Km、121.9Km、138.9Km，過去的近十年里，無論從整個研究期還是從各個階段來看，長興島海岸線均保持增長趨勢，從2005年到2014年一共增加42.1Km，變化率44.88%。

(二)海岸線變化速率分析

長興島海岸開發與國內大多數的海岸開發有許多相似之處，為了詳細分析長興島海岸線的變化特征，對研究區的海岸線進行提取。本文使用如下方法提取海岸線：①基于解譯的3個年份的遙感影像數據，在ArcGIS 10.2平臺中建立長興島海岸線長度數據庫，并在數據庫下提取海岸線，使用行政區劃界線，確定研究區界線；②對TM/ETM影像進行二值化處理；③自動化提取海岸線。對各個年度海岸線統一采用UTM-WGS84投影坐標系，岸線長度比例尺為1:150000。

五、結論

研究結果表明：長興島海岸線長度總體上呈加速增加趨勢，2005-2010年，海岸線長度增加較少，緊貼西部岸線；2010-2014年，海岸線增加較大，主要在葫蘆山灣和馬家淺灘區域。作為社會經濟熱點區，長興島海岸線的變化已經并將繼續促使海岸沿線土地利用和生態環境發生變化，由此帶來了一系列人地關系問題。政府和社會群體都應該加以重視，選擇適宜填海的位置，監控圍填海規模，注重環境的保護，努力削弱其不良影響。