淺析遙感技術在海岸帶監測中的應用

韓 飛

（海南省地質綜合勘察院，海南 海口 570206）

受自然環境變化因素以及人為生產因素的影響，我國海島海岸帶外部形態也一直處于變化狀態之中。為了有效把握這些變化，需要及時對其進行監測。以往均采用衛星遙感、航空遙感和以人力為主的監測方式，不僅監測效率低下，而且成本較高，無法滿足當前對海島海岸的周期監測及精度要求。無人機遙感技術的出現，恰好能夠解決這一問題，因此，有必要對遙感技術在海島海岸帶監測中的應用進行探討分析，更好地推動我國海島海岸帶資源綜合利用。

1 衛星遙感在海岸帶調查中的應用

1.1 衛星遙感的特點

與無人機遙感相比，衛星遙感能夠進行連續的、全天候的工作，提供更大范圍的數據，其成本更低。目前，許多國家都已經發射了服務于不同目的的各種遙感衛星，可以用于監測從土地利用、海岸帶變遷、森林火災、污染等現象的信息以及其動態變化。

1.2 衛星遙感數據源選擇及預處理

LANDSAT衛星系統的多光譜遙感資料，是對沿線地區遙感解譯主要資料來源的選擇，而且，由于遙感技術可以全面獲取有關區域的地理、水文、農業、漁業以及其它有關數據資源，以及進行相關的研究工作。要想對沿線地區遙感研究資料獲得更有力的保障，就必須掌握地區天然條件和地質背景，這也是相關學者掌握有關專業知識的一條重要途徑。掌握地區的天然條件和地質背景，要通過研究區域的地理位置，并觀察該地區現有的時間序列，再通過觀測的數據來進行時間的軌道編號。然后，在這些資料中選擇被太陽云層的影響層度比較低，且在成像時和季相比較接近的圖像資料。因為這種數據的傳播效率也比較好，對這些較高質量的資料可以做預處理，可以為后期的海岸帶遙感信息提供依據[1]。

1.3 海岸帶專題信息提取

1.3.1 海岸線提取

衛星顯示的海南島海岸線的特征數量都很多，所以有許多不同的頻譜、紋理和空間位置。在頻譜區域中都有一個連續性，區別是很顯而易見的，但單一的頻譜特征，可能造成一個較大的問題和容易遺漏的區域；在紋理區域中，水體表面的紋路也相對的比較細膩均一，而同質地區的水面紋路和陸地紋路都比較均勻細膩；在空間關聯方面，因為有大量的連續土體和水域，所以在這個大區域里，如果出現了異質性的小斑塊，可以將這些異質性的小斑塊給去除。在獲取了海域信息以后，要實現海洋與陸地的分離，從而實現能夠準確獲得各種形式的海岸線。在這里，實現海洋與陸地分離的手段主要是通過空間關聯，并設定閾值。

1.3.2 灘涂提取

首先要從原始的遙感圖像上，尋找那些可以被作為基本參照的基礎對象，包括:重要的城市機場、江河湖泊，海岸線以及其它場景的基礎對象，因為幾乎每處理一種遙感場景時都可能只會涉及一個基礎圖像，所以我們必須先通過對被提取基礎對象中所有基礎圖像信息進行掩模運算，把圖像其余部分作為基本參照對象的基礎對象，在這些圖像信息的底層基礎上，進行光譜特性特征的分析計算（比如，ISODATA法），然后再將這些基礎對象信息進行基準化推演，從而使與所有基礎圖像相關的所有底層信息都成為一個有效核，從而得到一個更粗略的劃分。接著，在粗劃分的基石上，經過鄰近的對象和圖形空間的搜尋，以確認基線地貌布局的具體對象，根據對象搜尋以確認基本地塊的現實布局，以及相關的變化，進行更現實、更加精確地劃分。

1.3.3 河流入海口提取

遙感成像中河流的水域，一方面具有和普通的河流相似的頻譜特性，但同時也和地表通量的背景環境產生了強烈的顏色反差，且邊緣清晰，在使用區域單元時總結了光譜相似性斑塊的傾向研究，但是，因為在不同類型的流域環境中，水面的自身條件（如濁度，冷凍的狀況，或者有更大的光譜植被遮擋）的狀況差異，還有很多支流的圖像長度都很小，在混合像元的遙感光譜信息系統，由于背景環境復雜，對河流的識別環境也是比較脆弱的。需要根據空間上的頻譜特征，通過“全體和區域”迭代的迭代反應機制，將光譜特征通過對水域的閾值進行調節來適應[2]。

1.4 案例概況

以海南省文昌市海岸線作為衛星遙感技術在海岸帶監測中的應用進行案例分析。參照以往海岸線分類資料，海岸線類型可分為基巖海岸、沙礫質海岸、淤泥質海岸、生物海岸和人工海岸。根據項目組解譯成果和野外實地查證來看，2020年，文昌市海岸線長度為253.07 km，其中基巖海岸長度約為18 km、人工海岸長度為16.78 km、沙礫質海岸長度為147.62 km，生物海岸長度為48.1 km、淤泥質海岸長度為22.58 km。見圖1、表1所示。

表1 2020年文昌市海岸線現狀統計表 單位：km

圖1 文昌市2020年海岸線分布圖

2009～2014年，海岸線總長度增加4.65 km，其中基巖海岸減少0.93 km、人工岸線增加6.4 km、砂礫質海岸減少1.06 km、生物質海岸增加1.69 km，淤泥質海岸減少1.45 km；2014～2020年海岸線總長度增加7.51 km，其中基巖海岸增加1.21 km、人工海岸增加2.19 km、砂礫質海岸增加4.34 km、生物海岸減少0.49 km、淤泥質海岸增加0.26 km。具體變化情況如表2所示[3]。

表2 2009～2020年文昌市海岸線長度及變化表

海岸線變化多數都伴有海岸侵蝕、淤積或人類工程活動。

1.4.1 海岸淤積

受陸域河流動力作用，河流從上游帶來大量泥沙從入海口匯入近海沿岸，在海洋洋流作用及動力作用下，匯入海洋的泥沙不斷被搬運或推移，在河口一側、三角洲前緣及弧形岸線內側由于水流動力作用減弱，泥沙逐漸沉積，海岸於漲，造成海岸線向海灘逐步推進，形成海岸淤積。此類岸線多為沙質岸線，淤泥質岸線[4-5]。

1.4.2 海岸侵蝕

受動力因素影響，海岸線受沖刷，地勢起伏較大的巖層松軟地段會使海岸崩塌，平緩地段海岸線不斷后退，此類海岸多出現在海洋動力集中作用的岬角，或由于泥沙來源中斷或減少的堆積性海岸帶，如海灣的岬角段、灣內的沙質海灘段，以及河口或迎風受潮流沖刷的岸段。此類岸線多為沙質、砂礫。如表3、表4，本次調查移選用2009年、2014年和2020年三期影像，對文昌市海岸線的變化進行綜合解譯、分析，結果得出文昌市整體受海岸侵蝕災害影響并不大，僅為2處變化較為明顯，分別在鋪前鎮瓣港村西665 m處和馮坡鎮海坡村北680 m處[6-7]。

表3 2009～2020年文昌市鋪前鎮海岸線后移及變化表

表4 2009～2020年文昌市馮坡鎮海岸線后移及變化表

（續表）

2 無人機遙感在海岸帶監測中的應用

2.1 無人機遙感的特點

無人機具有高時效和高精度的特點，如對變化率較快的區塊進行高時效監測，還能對人力難以到達的地方進行高精度監測，從而彌補衛星影像數據在局部區塊的時效性和精度上的不足。

2.2 無人機飛行設置

在使用該衛星遙感進行海島海岸帶監測時，由于無人機可以進行垂直起降，因此只需在測區附近空曠位置組裝好無人機，規劃航線，航線安全檢測及飛機起飛檢測無問題后，即可進行航線飛行。為保證后期數據處理質量，可以將航線設置成航向重疊度80%，旁向重疊度70%，高度在200 m內，以獲取高精度的航測數據[5]。

2.3 數據處理

在獲得航拍數據后，需要對這些數據進行統一處理。在工作站電腦上采用Pix4D軟件對航拍數據進行處理。

（1）在Pix4D軟件建立一個工程文件項目，并在項目中輸入相機基本參數信息與畸變差系數信息，接著進行圖片信息導入，比如像控點數據信息、GPS數據信息等。（2）在經過信息處理后，可以得到“影像金字塔”，即原始影像在一定規則生成的指導下，所生成的由細到粗不同分辨率的影像集。在此基礎上，結合圖像相片的原始分辨率，完成影像序列建立。（3）要結合實際要求，合理準確調整圖像的航向與旁向方位，然后進行像控點刺點工作。（4）在完成上述工作后，可直接進行數字空三加密，同時針對一些誤差較大的點進行準確調整，從而提高空三精度，滿足后續圖像數據處理要求。（5）在獲取高精度空三處理成果后，需要從中自動提取出DSM數字地表模型和DOM數字正射影像圖，見圖2[7]。

圖2 海島1：2000 DOM數字正射影像圖

3 結語

總之，在海岸帶監測過程中，相較于以往以人工為主的監測，采用遙感技術進行監測，有著非常顯著的優勢。比如整體監測效率更高，耗費的人力物力成本更低，且整個監測過程也更加的安全。因此，必須加強對衛星遙感和無人機遙感監測技術的應用與推廣工作，這對促使遙感技術優勢作用價值的發揮，有著非常重要的意義。