基于多源數據的濱海濕地調查及演變分析

朱曉靜（上海泓源建筑工程科技股份有限公司，上海 201707）

近年來，隨著我國對環境生態保護的重視，濕地資源的面積削減逐步減緩，生態資源逐步趨于穩定，借助 3 S（Remote sensing、Geographical information system、Global position system）先進技術對濕地科學及生態方面的研究成為目前研究的熱點領域。目前濕地的研究，內陸濕地有較多研究資料，如周成新[1]對盤錦市濕地進行調查及動態變化分析；盧曉寧[2]對黃河三角洲濕地景觀格局演變規律及驅動因素進行了分析等，但對濱海濕地的研究分析相對較少。在國家高度重視發展海洋經濟的背景下，研究濱海濕地資源動態變化，合理利用沿海資源，對國家及地方的發展具有重要的意義。

本文以杭州灣北岸濱海濕地為例，以衛星遙感影像、土地外業矢量圖斑及無人機正射影像為數據基礎，通過ArcGIS 空間疊置分析，探討杭州灣濱海濕地類型、面積以及演變分析，為科學管理海洋資源、加強濱海濕地保護、開展近岸海域整治修復類項目提供技術支撐。

1 研究區概況

杭州灣為喇叭口型河口灣形態，西接錢塘江，東瀕舟山群島通東海，北臨杭嘉湖平原與長江口毗鄰，南岸為三北平原。杭州灣北岸研究區主要是指上海境內段，包括浦東新區（臨港）、奉賢、金山三區，西起金山區西界東抵南匯新城的沿海區域，研究區長度 79 km。杭州灣北岸以上海市為腹地，受經濟發展的影響，眾多港口及大型工程紛紛落建于此，對沿海環境造成較大的影響。

2 數據源及研究路線

2.1 數據源

本文數據主要包括土地變更調查數據（2021 年）、2021 年衛星影像（精度優于 1 m 的影像圖）、2021 年無人機航拍數據以及 2019 年杭州灣北岸濕地成果數據。

2.2 濕地分類體系

目前土地分類體系根據利用方式、用途等因素存在不同的分類標準，濕地分類體系也根據不同的土地分類標準存在較大的差異。本研究旨在查清濕地資源的數量、分布、結構等多維度信息，在研究初期選擇《全國濕地資源調查技術規程（試行）》濕地分類標準進行分類統計，濕地劃分 5 類34 型，將土地變更調查矢量成果中的濕地類型進行轉換銜接，形成本研究濕地分類體系。

2.3 基于多源數據的處理方法

收集各類影像數據及外業矢量數據，制作 2021 年度杭州灣北岸濕地數據，套合 2019 年數據進行 GIS（Geographical Information System ）空間數據分析，研究路線如圖 1 所示。

圖1 研究路線

3 多源數據分析處理

3.1 數據預處理

將多源數據進行標準化處理，統一坐標系統及高程系統。利用 ArcGIS 平臺套合 2021 年土地變更調查數據、2019 年杭州灣北岸濕地成果數據、2021 年衛星影像數據進行空間疊加分析，以 2019 年杭州灣北岸濕地數據為基準，確定濕地類型變化及濕地圖斑密集區域，進行無人機外業航攝數據采集。對未變化區域，以土地變更調查數據為底圖，導入濕地調查類型模型，進行外業實地核查并采集影像信息。

3.2 無人機外業航攝

無人機外業航攝主要基于無人機遙感技術，即利用無人機搭載遙感傳感器，結合遙測遙控技術、邊緣計算技術、無線通信技術、GIS 地理信息技術和 GPS 定位技術等獲取影像數據，并對影像實行同步傳輸，完成影像數據的處理、建模及分析[3]。本次采用“大疆精靈 4”無人機進行外業影像采集，依據研究區域地形、地貌、自然氣候設計航拍方案，設置航攝比例尺、重疊度、航攝時間、航拍高度等因子進行外業航攝，內業采用 PIX 4 軟件進行處理生成正射影像圖。本次研究共計飛行面積約 9.97 km2。

3.3 分析處理

以研究區范圍內 2021 年土地變更調查數據為底圖，在GIS 中套合 2021 年衛星影像、無人機正射影像，結合外業數據資料及本研究濕地分類標準，利用人工目視解譯法對研究區濕地類型進行修正更新，形成 2021 年杭州灣北岸濕地圖斑，因文章幅面有限，選取杭州灣北岸東部及中部部分區域效果圖如圖 2、圖 3 所示。

圖2 2021 年杭州灣北岸濕地圖斑（東部）

圖3 2021 年杭州灣北岸濕地圖斑（中部）

3.4 變化檢測

在 ArcGIS 平臺中以 2019 年杭州灣北岸濕地圖斑為基準，標識分析 2019 年與 2021 年杭州灣北岸濕地調查結果，檢測出發生變化區域及具體變化的類別信息，得出 2021 年杭州灣北岸濕地變化圖斑，直觀顯示區域變化情況。

4 空間演變分析

4.1 數量變化分析

將 2019 年、2021 年杭州灣北岸各濕地類型在 ArcGIS中進行分類統計，數據見表 1。

表1 杭州灣北岸各濕地類型面積表

由表 1 可知，2019 年杭州灣北岸的濕地面積為55.150 0 km2，2021 年濕地面積為 53.409 8 km2，濕地總數減少1.740 2 km2，其中自然濕地面積減少 1.184 2 km2，人工濕地減少 0.556 0 km2。從數據上看，自然濕地中面積增加部分以淺海水域、草本沼澤面積變化為主，分別增加6.316 0 km2、1.104 2 km2，減少部分以淤泥質海灘、潮下水生層面積變化為主，分別減少 6.715 0 km2、1.184 2 km2，其次是三角洲/沙洲/沙島面積減少 0.285 1 km2、森林沼澤面積減少 0.253 5 km2，其余面積變化不超過 0.200 0 km2；人工濕地各類型均呈面積減少的情況，稻田/冬水田及水產養殖場面積減少較多，分別為 0.300 7 km2、0.250 9 km2，其余變化量 ＜1 km2。

4.2 動態變化分析

對杭州灣北岸濕地進行土地利用動態變化分析，得出在研究期內各濕地的動態變化，可清楚了解各類濕地的變化速度及規模。結合調查數據，對 2019 - 2021 年杭州灣北岸濕地進行土地利用變化幅度及土地利用類型動態度分析。土地利用變化幅度是指土地利用類型在研究期內面積的變化幅度，可反映區域土地利用變化總態勢和土地利用結構變化信息；土地利用類型動態度指在一定時期內某種類型土地利用的變化量情況[4]。表達式如式（1）、式（2）。

其中Ua、Ub分別為土地利用類型初期、末期數量，T為研究時間。表 2 為杭州灣北岸濕地動態變化情況。

表2 杭州灣北岸濕地動態變化情況

由表 2 可知，以土地利用變化幅度及動態度指標來分析，人工濕地變化最大，變化幅度及動態度值分別為-47.51%及-23.75%，面積減少 0.556 0 km2；建設用地變化幅度為 11.47%，年均增加速度為 5.74%，雖近些年對沿海區域濕地及用海嚴加控制，面積仍增加了 0.468 2 km2；沼澤濕地變化幅度為 10.37%，年均增加速度為 5.18%，面積增加 0.850 7 km2；河流濕地變化幅度為-9.95%，年均減少4.97%，面積減少 0.122 3 km2；近海與海岸濕地面積減少量為 1.912 6 km2，從濕地類型量上變化最大，但由于基礎基數較大，變化幅度及動態度相對較小，分別為-4.29%、-2.15%。

4.3 位置轉換分析

為直觀分析濕地空間位置的變化情況，將杭州灣北岸2019 年、2021 年濕地矢量數據利用 ArcGIS 進行空間相交疊加分析，得到兩個時期濕地面積的空間轉移矩陣見表 3。

表3 2019—2021 濕地面積轉移矩陣單位：km2

由表 3 可知，2019—2021 年杭州灣北岸濕地中近海與海岸濕地面積變化最大，向沼澤濕地轉變 1.735 7 km2，向河流濕地轉變 0.151 0 km2，向建設用地轉變 0.116 9 km2，向人工濕地轉變 0.051 4 km2；其次為沼澤濕地，向河流濕地轉變 0.634 5 km2，向建設用地轉變為 0.281 4 km2，向人工濕地轉變 0.102 3 km2；人工濕地向河流濕地轉變0.250 2 km2，向建設用地轉變 0.043 1 km2，向沼澤濕地轉變 0.343 5 km2；建設用地轉變相對較少，分別向河流濕地轉變 0.001 3 km2，向近海與海岸濕地轉變 0.058 5 km2，向沼澤濕地轉變 0.011 4 km2。

4.4 景觀格局分析

景觀格局指大小和形狀各異的景觀要素在空間上的排列和組合，景觀格局指數能高度濃縮景觀格局的信息，反映其結構組成和空間配置某些方面特征的簡單定量指標，通過對景觀格局指數的分析，可在一定程度上從空間格局反應景觀系統功能的變化和空間結構的度量化[5]?？紤]杭州灣北岸濕地從斑塊數量形狀及鑲嵌結構等因素進行分析，同時借鑒往期學者研究資料[1,5-7]，選取7個景觀水平指標，運用 Fragstats 4.2 軟件進行分析，計算得出景觀水平指數見表 4。

表4 2019年、2021 年杭州灣北岸濕地景觀水平指數

由表 4 可知，2019 年至 2021 年杭州灣北岸濕地空間格局變化情況：斑塊密度指數（PD）增加，說明斑塊破碎化提升，景觀空間的異質性增加；最大斑塊指數（LPI）減少，說明杭州灣北岸最大斑塊近海與海岸濕地面積有所減少；景觀形狀指數（LSI）增大，表明在人類活動的影響下，斑塊形狀更加復雜化；蔓延度指數（CONTAG）下降，表明斑塊的團聚程度和延展趨勢下降，斑塊趨于破碎化；散布與并列指數（IJI）增加，說明景觀各斑塊相鄰類型增加，相鄰景觀類型豐富度提升；香農多樣性指數（SHDI）與香農均勻度指數（SHEI）均略有增加，表明各類型斑塊趨于均衡化分布，所占比率也趨均勻化，但整體變化不大。

5 結 語

本文借助現代遙感影像和 GIS 技術，采用土地利用結構變化、構建空間位置轉換模型及景觀格局指數等方式，在時空序列及空間尺度上進行演變分析，總體展現杭州灣北岸濕地變化情況，為杭州灣北岸濕地資源景觀動態分析提供數據資料。數據分析顯示，2021 年比 2019 年杭州灣濕地面積總體趨于減少，近海與海岸濕地類型減少量最大，近海與海岸濕地向沼澤濕地變化，自然濕地間相互轉化較為密切，杭州灣北岸濕地呈現斑塊破碎化及景觀空間異質性增加、景觀各類型呈均衡化分布的趨勢。

由于研究區濕地資源數據有限，研究時間跨度較短，在時空序列及空間演變分析方面存在一定的局限性，后期積累一定時期的數據資料、改善研究方法以獲取更加精準專業數據，為合理利用濱海資源、有效保護濱海生態提供有價值的參考。