基于多源遙感數(shù)據(jù)的三峽庫區(qū)岸線利用類型監(jiān)測分析

馮精金，夏 輝，王 成

(1.長江空間信息技術(shù)工程有限公司(武漢)，湖北 武漢 430010； 2.長江衛(wèi)星遙感應用研究中心，湖北 武漢 430010)

0 引 言

河流岸線被定義為河流與陸地的分界線，是一種寶貴的自然資源[1- 2]。三峽庫區(qū)岸線是沿江重要國民經(jīng)濟設施建設的載體，在長江經(jīng)濟帶戰(zhàn)略中具有重要作用，也在保障防洪、供水、通航安全、河勢穩(wěn)定及三峽大壩安全等方面發(fā)揮重要功能。但是隨著庫區(qū)經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，對長江的依賴程度越來越高，三峽庫區(qū)岸線開發(fā)利用與保護之間的矛盾日益突出。

國家對長江的生態(tài)環(huán)境保護工作十分重視，岸線資源利用和保護的監(jiān)測工作意義重大[3]。衛(wèi)星遙感具備視域廣、時效性高、觀測連續(xù)性強等特點，在岸線監(jiān)測調(diào)查工作中發(fā)揮極其重要的作用。殷守敬等[4]利用高分二號、資源三號和高分一號衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對長江干流岸線類型開展監(jiān)測分析；桑國慶等[5]則提出了基于“空天地一體化”河湖水域岸線遙感監(jiān)測監(jiān)管模式；陳黎等[6]利用民用輕型無人機精準篩查岸線中整改措施未落實或整改不到位等監(jiān)管需掌握的問題區(qū)域。

綜上，目前國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星發(fā)展迅速，數(shù)據(jù)的空間分辨率、時間分辨率、可獲得性等都有長足進步。同時，無人機技術(shù)的發(fā)展也日益成熟，為三峽岸線利用狀況的監(jiān)測和分析提供了便利條件。本文結(jié)合高分辨率衛(wèi)星、無人機遙感技術(shù)和GIS技術(shù)，提出了基于多源遙感數(shù)據(jù)的三峽庫區(qū)岸線利用類型監(jiān)測技術(shù)體系，對2020年三峽庫區(qū)重點岸線奉節(jié)至夷陵段的利用狀況開展監(jiān)測。

1 研究區(qū)概況

1.1 三峽庫區(qū)基本情況

三峽庫區(qū)位于重慶市中部、東部和湖北省西部，庫區(qū)范圍涉及重慶市主城9區(qū)以及江津區(qū)、長壽區(qū)、武隆區(qū)、涪陵區(qū)、豐都縣、石柱縣、忠縣、開州區(qū)、萬州區(qū)、云陽縣、奉節(jié)縣、巫溪縣、巫山縣等22個區(qū)(縣)和湖北省巴東縣、興山縣、秭歸縣和夷陵區(qū)4個區(qū)(縣)，是一座典型的河道型水庫。

1.2 三峽庫區(qū)岸線范圍

關于河流岸線位置與范圍的界定方法，國內(nèi)專家學者在涉及岸線資源利用和功能評估等研究工作中通常認為，河流岸線是河流兩側(cè)水陸邊界一定范圍內(nèi)的帶狀區(qū)域[7-10]。本研究對三峽庫區(qū)岸線范圍的劃分參考了《全國河道(湖泊)岸線利用管理規(guī)劃技術(shù)細則》中臨水控制線和外緣控制線的定義，并依據(jù)《三峽后續(xù)工作規(guī)劃》中規(guī)劃基準年(2008 年)的消落區(qū)范圍，選取177 m移民遷移線作為三峽庫區(qū)岸線的外緣控制線，選取防洪限制水位145 m接汛期80%洪水流量的回水水面線作為三峽庫區(qū)岸線的臨水控制線[11]。根據(jù)統(tǒng)計，三峽庫區(qū)岸線總長度5 711 km(消落區(qū)上邊線)，本研究選取奉節(jié)至夷陵段重點岸線作為研究對象，岸線總長度為1 182.53 km，位置如圖1所示。

2 研究方法

本研究結(jié)合高分辨率衛(wèi)星、無人機遙感技術(shù)和GIS技術(shù)，提出了基于多源遙感數(shù)據(jù)的三峽庫區(qū)岸線利用類型監(jiān)測技術(shù)體系。研究內(nèi)容主要包括三峽岸線利用類型分類體系和基于多源遙感數(shù)據(jù)的三峽庫區(qū)岸線利用類型監(jiān)測方法。

岸線的分類方法主要有2種：一是根據(jù)岸線自然屬性，如岸線物質(zhì)組成、岸線形態(tài)等來劃分岸線類型[12]；二是根據(jù)岸線土地利用類型(如港口、碼頭、大橋、輪渡以及城鎮(zhèn)等)的分類體系，或岸線項目與河道之間空間位置關系(如跨河、穿河、臨河和攔河項目等)的分類體系[13-15]。本研究綜合考慮了三峽庫區(qū)岸線土地利用類型以及岸線項目與河道的關系，提出了如表1所示的分類體系。

表1 三峽庫區(qū)岸線類型Tab.1 Shoreline types of Three Gorges Reservoir area

本研究在上述岸線利用類型分類體系基礎上，提出基于多源遙感數(shù)據(jù)的三峽庫區(qū)岸線利用類型監(jiān)測方法。技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 技術(shù)路線Fig.2 Technology roadmap

3 數(shù)據(jù)準備及處理

3.1 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理

本研究衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)見表2。同時，以區(qū)域內(nèi)空間分辨率為30 m的ASTERGDEM數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)為控制、糾正的基礎，進行幾何校正(平原地區(qū)誤差在1個像元以內(nèi)，山地地區(qū)控制在2～3個像元)、影像融合、影像鑲嵌、色彩調(diào)整、糾正誤差分析與處理等影像預處理。

表2 衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)Tab.2 Satellite remote sensing image data sheet

3.2 解譯標志建立

影像解譯標志是指用以識別區(qū)分不同地物的典型影像特征[16]。參照本研究提出的三峽庫區(qū)岸線土地利用分類體系，基于影像色彩、圖像標志、陰影及紋理等方面的影像特征構(gòu)建解譯標志庫，采用人機交互解譯方式進行影像分類。

3.3 無人機航測復核

針對重點區(qū)域進行無人機航測復核，對衛(wèi)星遙感解譯的岸線類型進行空間特征和屬性信息的核實、修改和完善。本研究使用大疆精靈4多旋翼無人機進行航測復核，無人機飛行高度為120～250 m，地面分辨率為3.3～6.8 cm，每個架次的飛行時間為20～30 min，覆蓋岸線長度為2～3 km。

4 結(jié)果與分析

根據(jù)上文所述的數(shù)據(jù)和研究方法，得到2020年該段岸線的利用情況。

4.1 岸線長度統(tǒng)計

岸線長度統(tǒng)計結(jié)果見圖3。由圖3可知：該段岸線的資源數(shù)量在空間上分布不均，岸線總長度為1 182.53 km，其中，上游岸線長度為335.13 km，占比為28.34%；中游岸線長度為680.03 km，占比為57.51%；下游岸線長度僅為167.36 km，占比為14.15%。

圖3 岸線長度和占比統(tǒng)計Fig.3 Statistics of length and proportion of shoreline

4.2 岸線利用特征

不同利用類型岸線長度統(tǒng)計見圖4。該段岸線的整體利用率為30.11%，主要的岸線利用方式是生活岸線和港口岸線，長度分別為147.58 km和82.02 km，分別占岸線總長度的12.48%和6.94%。

圖4 各類型岸線長度統(tǒng)計Fig.4 Statistics of different types of shoreline length

各段不同類型岸線長度和所占比例見圖5，6。由圖可知：上游對岸線開發(fā)利用程度較高，利用率為46.86%，主要利用方式為生活岸線和堤防工程岸線，長度分別為69.13 km和34.31 km，占該段岸線總長度的比例分別為20.63%和10.24%；中游的岸線利用率為23.28%，主要利用方式為生活岸線和港口岸線，長度分別為68.53 km和38.16 km，占該段岸線總長度的比例分別為10.08%和5.61%；下游岸線利用率為24.30%，由于面臨更大的防洪壓力，主要岸線利用方式為堤防工程岸線和生活岸線，長度分別為14.49 km和9.92 km，占該段岸線總長度的比例分別為8.66%和5.93%。

圖5 各段岸線不同類型岸線長度Fig.5 The length of different types of shoreline in different river sections

圖6 不同類型岸線在各段岸線中所占比例Fig.6 Proportion of different types of shoreline in each section of river

5 結(jié) 論

(1) 本文基于多源遙感數(shù)據(jù)的三峽庫區(qū)岸線利用類型監(jiān)測技術(shù)體系，高效、準確地獲取三峽庫區(qū)岸線利用情況，研究結(jié)果可為三峽庫區(qū)岸線資源的管理工作提供支撐。

(2) 三峽庫區(qū)岸線利用仍需全局性、協(xié)調(diào)性、長遠性的統(tǒng)籌規(guī)劃，管理體制也需完善。應按照統(tǒng)一性原則，由專門機構(gòu)進行合理的岸線資源配置和科學管理。研究區(qū)內(nèi)的岸線資源在空間分布上分布不均，主要集中在上中游。同時，各段岸線在開發(fā)利用程度方面存在差異，上游對岸線的開發(fā)利用程度更高。

(3) 三峽庫區(qū)岸線開發(fā)利用和保護之間的矛盾仍然存在，未能充分發(fā)揮岸線資源的綜合效益。研究區(qū)內(nèi)各段岸線雖然在利用方式上存在一定差異，但在各段岸線中生活岸線均為主要的利用方式。