北海區圍填海遙感監測業務流程規范化研究與規范制定設計

張海寧,張玉強,陳烽,虞蘭蘭,于清溪,王琦,劉福利

(1.國家海洋局北海信息中心 青島 266061;2.中國水產科學研究院黃海水產研究所 青島 266071)

0 引言

隨著經濟社會的快速發展,我國沿海地區工業化、城鎮化進程加快,土地的稀缺已經成為制約城市發展的重要因素。圍填海成為沿海地區利用海域資源、緩解土地供需矛盾、拓展發展空間的重要途徑。據統計,2002—2014年,中國大陸地區圍填海面積達到3 333.97 km2[1]。對于此現象,國家出臺了一系列制度措施進行管理。2017年,為落實海洋生態文明建設要求,國家海洋局發布了《海洋工程環境影響評價管理規定》,詳細規定了海洋工程建設活動審批要求;2018年,國務院發布了《關于加強濱海濕地保護嚴格管控圍填海的通知》,要求嚴格管控圍填海活動。但隨著經濟社會不斷發展,圍填海項目的監管仍面臨許多問題。

開展圍填海項目的海域使用動態監測是海洋管理部門加強圍填海管理,規范項目用海和施工過程,保護海洋環境資源的有效手段。圍填海遙感監測業務工作是海域動態監視監測工作的重要組成部分,但是在實際海區圍填海遙感監測業務缺少規范性操作指引、具體工作要求跟流程描述。作為基礎性工作制定海區圍填海遙感監測業務規范勢在必行。因此,結合目前開展的海區圍填海遙感監測工作,深入梳理各業務環節,提出嚴密可控的業務流程和規范要求,不僅是海域動態監測任務的基本要求和必要保障,也對海洋管理部門實施有效的圍填海管理決策具有重要的意義。

自2019年以來,在自然資源部北海局(以下簡稱“北海局”)領導小組和海域海島管理處的總體管理統一部署下,組織開展了海區圍填海遙感監測業務。本研究結合業務工作具體實例,分析新增圍填海遙感監測工作中存在的問題、弊端及障礙,探討解決思路方法,探索建立較為完善的新增圍填海遙感監測業務規范。從國內外圍填海遙感工作研究進展與海區新增圍填海遙感監測業務規范的需求分析入手,對圍填海遙感監測業務流程規范化及其包括的主要內容等進行重點研究。

1 國內外圍填海遙感工作研究進展與海區圍填海遙感監測業務規范的需求分析

近幾十年來,國內外學者對圍填海的相關研究廣泛而深入,研究內容主要涉及圍填海對海洋環境、鹽沼表層土壤、水質和漁業損失、沿海土地利用變化和海岸線資源等方面的影響;圍填海對海洋資源與環境影響評價模型的構建;利用RS和GIS等技術研究局地尺度圍填海時空分布特征等。例如,Wang等[2]通過分析1973—2017年獲得的12幅衛星影像,發現在這段時間里,柔佛河附近建設用地面積增加了10倍以上,主要分布在德剛島和東新加坡群島。劉大海等[3]運用系統動力學理論和方法,選取經典的因果反饋模型,基于綜合影響因素,并引入“關鍵節點判別”,探索性地建立了圍填海工程綜合影響因果反饋模型,對該模型進行了分析與討論。李洋等[4]以欽州保稅港為例,采用生態補償價值估算法分析評估填海工程對欽州保稅港區所在海域的生態環境影響,研究表明,填海工程對底棲生物造成的損失最大。簡梓紅等[5]利用RS和GIS技術方法,提取珠海市的圍填海信息,結果發現1994—2009年珠海市圍填?？偯娣e有110.72 km2,主要集中在珠海市橫琴島沿岸、唐家灣沿岸、黃茅海沿岸、磨刀門附近、高欄島附近和淇澳島。圍填海利用類型主要為城鎮建設填海、工業用海、交通運輸用海、農業填海、已圍待利用水面和養殖用海六大類型,利用方式從農業養殖用海轉向城鎮建設填海、養殖用海轉向工業用海。

總而言之,國內外的圍填海研究主要針對局地尺度的海洋管理或者局部區域的環境變化等[6-15],對業務性具體工作的精細化研究較少,而圍填海遙感監測業務規范化又是做好圍填海管理工作的基礎。

根據自然資源部海域海島管理司的有關工作部署,北海局自2019年1月起,試點開展圍填海遙感監測工作,通過中高分辨率遙感影像處理、遙感信息提取和地理信息系統等多種技術手段,對北海區新增圍填海情況和圍填海疑點疑區情況開展遙感監測,并利用現場監測或無人機遙感監測核實其具體用海位置、用海類型、用海面積和用海方式等內容,分析研究北海區圍填海狀況,為海域綜合管理提供數據支持。北海局相關業務工作尚處于試運行階段。目前《海域衛星遙感動態監測技術規程》和《海域使用分類遙感判別指南》已經廣泛應用于北海局的圍填海遙感監測中,但是在實際海區圍填海工作缺少具體工作要求和流程描述。作為基礎性工作制定海區新增圍填海遙感監測業務規范勢在必行。

2 業務流程規范化

2.1 工作流程精細化調優

由于北海局在試點開展圍填海遙感監測業務中存在的對圖斑處置信息不明,主觀性強與個體差異,導致流轉混亂、處置動態模糊等問題,根據自然資源部海域海島管理司疑點疑區審查工作要求,結合現有新增圍填海圖斑涉及的各類用海情況,按照權屬情況、用海方式、活動連續性、適用管控政策、功能區劃、紅線區等信息,梳理新增圍填海情況分類,明確不同類別圍填海圖斑下游流轉方向,建立新增圍填海圖斑處置分類表。

根據圍填海遙感監測業務工作開展現狀,我們繪制了當前圍填海遙感監測業務流程圖,結合新建處置分類表對現有流程,特別是分類處置流向環節進行審查和修正,明確圖斑分類流向及出口,細化完善工作流程,繪制修正后的新流程圖,編制流程說明。修正后的流程確保了每步環節前后過程銜接的有效性,保證無斷點;明確出口環節完整性,保證其對應每一個處置類別,出口無遺漏;建立流程對問題的判別處置,形成有效回路,保證有閉合;建立內外業工作在業務流程中的呼應機制,保證內外業互為指導,互為反饋。

2.2 監測工作規范化要求制定

在總結前期海區遙感監測工作中已經形成的操作要求及誤填、誤判等經驗的基礎上,本研究借鑒《海域衛星遙感動態監測技術規程》(國海管字〔2014〕500號)、《海域使用分類遙感判別指南》(國海管字〔2014〕500號)等現有相關技術規程,梳理目標判別、要素繪制、屬性填報等操作要求,編制操作指引;明確目標識別情況分類,梳理分類目標特征及示例影像,減少遙感誤判,形成目標識別分類示例匯編;明確要素圖斑繪制要求,規定準確勾繪圍填海輪廓的方法,提出基本拓撲規則;明確屬性信息填報要求,準確描述圖斑各項分類指標,形成填寫說明。

結合開展的圍填海遙感監測業務現狀,理清各環節數據接口及過程文件和成果資料格式,并結合實際工作需求,修正數據組織方式及數據結構。主要包括以下方面:修正前后數據結構不一致造成的融合障礙;補充缺失的數據項,更加完整全面地記錄用海情況;剔除目前明確無利用價值的數據項,精簡工作內容,提高效率;優化數據項數值類型及長度設定,加強數據結構設置的合理性;對成果圖件的制圖模板進行合理化調優,提高制圖操作效率,提高圖件表達的豐富度、加強圖件規范化的可控性。

2.3 質量控制體系構建

本研究首次探索構建了海區圍填海遙感監測業務質量控制體系,并結合優化后的流程及規范要求,提出明確的數據質量要求和規范、可行的質控指標,例如數據完整性、邏輯一致性、數據正確性、定位準確性、時相準確性、顯示準確性和組織一致性等。

2.3.1 數據質量控制要求

2.3.1 .1 非空間類數據質量控制要求

非空間類數據包括圍填海遙感監測業務產生的過程文件和成果等,包括各類表格數據、文檔數據、專題成果圖、圖片和視頻信息數據等。

文檔類數據質量控制要求:①數據完整性。即文檔數據和表格數據是否完整、無缺失。②數據正確性。即文檔數據和表格數據是否正確,要求表格中文字描述準確、數據計算結果正確。③組織一致性。即數據組織管理是否符合規范,要求數據文件命名、數據文件格式、數據文件存儲目錄等符合要求。

圖片、視頻數據質量控制要求:①數據完整性。即圖片數據和視頻數據是否完整,要求圖片資料和視頻資料完整、全面,可正常打開、瀏覽、查閱。②數據正確性。即專題圖是否符合規范,要求專題圖成果信息描述準確,主題區域醒目、突出,層次豐富,清晰易讀,制圖要素符合方案要求;圖片、視頻是否符合規范,要求圖片、視頻文字說明描述準確,分辨率、格式等符合要求。③組織一致性。即圖片、視頻組織管理是否符合規范,要求圖片和視頻的文件命名、文件格式和存儲目錄符合要求。

2.3.1 .2 空間類數據質量控制要求

空間類數據主要包括圍填海監測成果矢量數據、疑點疑區矢量數據、影像、其他數據和海域使用權屬功能區劃等基礎地理信息。

空間類數據質量控制要求:①數據完整性。要求地理范圍覆蓋無缺失、數據可正常打開、瀏覽、查詢。②邏輯一致性。結構設計是否符合規范,要求空間數據屬性結構和空間數據格式符合規范要求;點、線、面拓撲關系和邏輯關系是否符合規范,要求不存在懸掛點、偽結點、多邊形封閉,只有一個標志點,且不存在空值、不存在線與多邊形自相交、不存在面積負值。③空間定位準確性。數據基準要求,即空間位置數據基準是否符合規范,要求坐標系、投影方式、高程基準和分幅數據符合規范要求;位置精度要求,即矢量成果與影像是否符合規范,要求空間分辨率符合規范要求、低精度數據服從高精度數據、正射影像產品中誤差符合相關要求、信息提取精度符合相關要求。④時相準確性。即空間數據所包含的時相信息,要求空間數據時相滿足監測業務需求。⑤顯示準確性。即數據影像處理等符合規范,要求融合影像地類特征明顯、邊界清晰、影像接邊處無明顯灰度、色調差異。⑥數據正確性。即空間數據地理信息符合規范,要求屬性字段的設計、類型、長度、完整性等符合業務需求,元數據的內容、完整性、格式、結構等符合業務需求。⑦組織一致性。即數據組織管理符合度,要求數據文件存儲目錄和影像數據文件命名符合要求。

2.3.2 數據質量檢查方法

質量檢查方法主要采取人工檢查、自動檢查和人機交互檢查3種方式。對歷史違規違法圍填海區域及容易誤判、錯判的情況進行重點檢查。

(1)人工檢查。主要針對文檔、報表等內容描述采用人工核查的方式。

(2)自動檢查?；诳臻g數據的要素屬性之間、圖形之間、圖形與要素屬性存在的邏輯關系和規律性,通過程序設計質量控制算法,自動化核查空間數據。

(3)人機交互檢查。無法完全進行自動檢查時,可采用人機交互檢查方式,先通過程序檢查將有疑點的地方搜索出來,縮小范圍或精確定位,再采用人機交互逐個核查。

3 規范的主要內容

《北海局圍填海遙感監測業務規范》是針對北海區圍填海工作制定的具體業務標準,適用于北海局各機構部門所進行的“圍填海遙感監測工作”。本規范主要包括4個方面內容:圍填海遙感監測業務總則、數據準備、遙感信息分析與核查、數據質量控制。本研究在海區圍填海遙感監測具體業務工作的基礎上,借鑒相關的指南、技術規程和行業標準,對以上4個部分的主要內容進行概述。

3.1 遙感監測業務總則

《北海局圍填海遙感監測業務規范》總則簡單概述了圍填海遙感監測工作,并負責說明海區圍填海遙感監測業務規范內涵?？倓t的主要內容包括:適用范圍、規范性引用文件、術語、監測目的、監測內容、監測工作程序與技術方法等。

3.2 數據準備

在確定基礎資料收集和獲取途徑的基礎上,根據現行的《海域衛星遙感動態監測技術規程》及實際海區圍填海遙感監測工作所使用的影像數據情況,制定遙感數據預處理規范。遙感數據預處理方法規范的主要內容包括遙感影像預處理的內容,遙感影像預處理的方法及與方法相對應的技術要求,影像處理質量指標選取范圍等。

3.3 遙感信息分析與核查

3.3.1 監測工作流程規范

根據海區圍填海遙感監測業務開展情況,理清各業務環節,明確流程規范化要求,制定圍填海遙感監測工作程序規范。該部分的主要內容包括:工作流程規范化要求、業務流轉環節說明等。

3.3.2 信息提取規范

在明確海區圍填海遙感監測工作所采用的遙感信息提取技術和方法要求的基礎上,制定圍填海要素遙感信息提取規范。這部分的內容主要包括:遙感信息提取的精度要求,遙感信息提取選擇比對影像要求,符合遙感監測具體工作要求的相對實用、高效的遙感信息提取的方法,遙感信息拓撲檢查細則等。

3.3.3 專題圖制作規范

圍填海遙感監測專題圖是圍填海監測的主要成果,為管控沿海城市圍填?；顒?制定有效的管理決策提供科學依據。制作專題圖應采用地圖、文字和圖例相結合的形式,明確生動,清晰易讀。這部分的內容主要包括:地圖內容、專題圖要素、制作要求、所采用的技術方法、圖例、模板底圖、成果格式等。

3.4 數據質量控制

數據質量控制規范了圍填海遙感監測業務數據的內容、質量和格式,為海區圍填海遙感監測業務數據庫建設提供統一、規范的數據。數據質量控制必須貫穿于遙感監測資料準備、數據處理、信息提取等圍填海遙感監測業務的全過程。這部分內容主要包括:質控原則、質控要求、質控流程等。

4 結語

本研究是對北海局承擔的圍填海遙感監測業務的工作流程與規范要求的精細化研究,明確了圍填海遙感監測業務的工作細則,為今后的圍填海遙感監測業務常規化運行奠定了基礎。本研究首次提出了圍填海遙感監測數據的質量控制要求,探索建立了海區圍填海遙感監測業務質量控制體系,為圍填海遙感監測數據的統一化、規范性組織管理提供了保障。

隨著遙感數據應用范圍越來越廣,以及空間地理信息技術的飛速發展,特別是信息提取方法日新月異,精度逐漸提高,我們進行的圍填海遙感監測業務工作也應該隨著遙感數據處理和信息提取方法的不斷發展而不斷改進。本研究針對圍填海遙感監測具體工作制定規范,也應該根據實際工作需求而進行調整,保持圍填海遙感監測業務規范與時俱進,兼顧規范的可操作性和可發展性。

總之,海區圍填海遙感監測業務規范化提升了圍填海遙感監測業務工作質效,加快了圍填海遙感監測進程,提升了監測成果數據質量,在規范的約束下,使圍填海遙感監測業務更好地為海域使用動態監視監測服務。