珠海市海岸線變化高分辨率遙感監(jiān)測分析

張海濤

(廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500)

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珠海市海岸線變化高分辨率遙感監(jiān)測分析

張海濤

(廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500)

基于2004、2007、2011和2014年覆蓋珠海市的SPOT-5、航空影像和WorldView-2等高分辨率影像，建立了適用于珠海市的海岸線分類體系，采用目視解譯方法提取了珠海市12類海岸線信息。結(jié)果表明：①2004—2014年間珠海市海岸線長度呈持續(xù)增長趨勢，10年間珠海市海岸線長度增加25.03 km，平均增長速度約2.50 km/a。②珠海市4期岸線中，每期人工岸線的比重都大于自然岸線，人工岸線處于持續(xù)增長狀態(tài)，變化劇烈，自然岸線變化相對平緩。10年間人工岸線總長度增加了42.57 km，自然岸線總長度減少了17.54 km，兩類岸線增長和減少速率分別約為4.26和1.75 km/a。③珠海市各類型岸線中，堤壩、港口碼頭岸線、閘和建設(shè)岸線長度處于持續(xù)增加狀態(tài)，基巖岸線、礫石岸線、養(yǎng)殖圍堤岸線長度處于持續(xù)減少狀態(tài)，其中增長和減少最為激烈的岸線類型分別為港口碼頭岸線和養(yǎng)殖圍堤。

遙感；海岸線變化；珠海；高分辨率

海岸線是海洋與陸地的分界線，在我國系指多年大潮平均高潮位時的海陸界線[1]。由于海陸相互作用和人類開發(fā)海洋進(jìn)程的影響，海岸線時刻處于動態(tài)變化中。海岸線的動態(tài)變化是對各種動力作用的敏感性響應(yīng)，是海岸環(huán)境脆弱性的直接體現(xiàn)。海岸線不僅標(biāo)識了水陸分界，而且影響著海岸帶生態(tài)環(huán)境，海岸線位置及類型的變遷直接反映了沿海土地動態(tài)變化，折射出多種資源與生態(tài)過程的改變。因此研究海岸線變化對于了解海岸帶生態(tài)環(huán)境的變化及沿海居民的生存與發(fā)展具有重要意義。

21世紀(jì)以來，珠海地區(qū)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，人類活動頻繁，在圍海造地、建閘蓄水、沿海養(yǎng)殖等經(jīng)濟(jì)活動的影響下，導(dǎo)致珠海岸線不斷向海推進(jìn)，直接改變著海岸線的位置及其類型。關(guān)于珠江口區(qū)域的海岸線變化，已有若干學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究。朱小鴿利用1973、1992和1998年的三期影像對珠江口海岸線進(jìn)行了遙感監(jiān)測[2]；李學(xué)杰利用1979—2003年間的四期遙感影像分析了珠江口伶仃洋的海岸線變遷及其環(huán)境效應(yīng)[3]；李猷等對深圳市1978—2005年海岸線時空動態(tài)演變特征進(jìn)行了分析，并探討了其驅(qū)動因素[4]；朱俊鳳等利用1998、2003和2008年的遙感影像對珠江三角洲海岸線進(jìn)行了遙感調(diào)查和演變分析[5]；梁向陽利用1965、1990、2000和2002年的遙感數(shù)據(jù)，研究了整個珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)的海岸演變動態(tài)及環(huán)境地質(zhì)問題[6]；余威等利用1975—2005年珠江口內(nèi)伶仃洋海區(qū)6個時期的海圖提取局部時序海岸線，使用Matlab編制程序進(jìn)行海岸線變化預(yù)測，并用2005年實際海岸線對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了驗證[7]；姚才華等構(gòu)建了伶仃洋1990和2008年2期海底地形的四維時空模型，并結(jié)合210Pb測年定量分析了1975年以來伶仃洋海岸線變遷和海底沖淤時空變化[8]；張怡等基于Landsat和HJ-1 CCD 影像，通過人機交互提取了珠江口各類型海岸線，并以八大口門為界分段詳細(xì)分析了珠江口海岸線變遷[9]。上述研究在影像選擇方面，主要利用Landsat系列和HJ-1號等中低分辨率影像進(jìn)行岸線信息提取，缺乏高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)的支持；在研究區(qū)域方面，主要集中在珠江口區(qū)域，對珠海市海岸線變遷未進(jìn)行詳細(xì)、具體的分析研究。

本文利用2004、2007、2011和2014年覆蓋珠海市的高分辨率影像，建立適用于珠海市海岸線的分類體系，提取珠海市4期海岸線信息?；谥楹Ｊ?期海岸線信息結(jié)果，對珠海市2004—2014年間海岸線變化進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究。

一、研究區(qū)概況

珠海市位于我國廣東省南部，與香港隔海相望，南與澳門相連，西鄰新會、臺山市，北與中山市接壤。珠海市為中國最早設(shè)立的經(jīng)濟(jì)特區(qū)之一，同時也是我國重要的海上交通要沖和對外交往的前沿，是我國南大門的海防前哨陣地。地理位置位于北緯21°48′—22°27′、東經(jīng)113°03′—114°19′之間，珠海市有大小島嶼146個，島嶼星羅棋布，大部分集中于東部海域的萬山群島。珠海屬亞熱帶季風(fēng)氣候，冬無嚴(yán)寒，雨量充沛，常受南亞熱帶季候風(fēng)侵襲，多雷雨，年平均氣溫22．3℃，年降雨量為1770～2300 mm。珠海市下轄香洲、金灣、斗門3個行政區(qū)，設(shè)有橫琴新區(qū)，以及高新、高欄、保稅、萬山、富山工業(yè)園、航空產(chǎn)業(yè)園6個經(jīng)濟(jì)功能區(qū)，是廣東省人口規(guī)模最小的地級市，占全省常住人口總量的1.5%。研究區(qū)如圖1所示。

圖1 研究區(qū)示意圖

二、數(shù)據(jù)及處理

1. 數(shù)據(jù)源

本文選用2004、2007、2011年和2014年覆蓋珠海市的高分辨率光學(xué)遙感影像為數(shù)據(jù)源。其中包括3景2004年的SOPT-5影像，空間分辨率為2.5 m；6景2007年珠海市大比例尺DOM航拍影像，空間分辨率為0.2 m；7景2011年覆蓋珠海市大比例尺DOM航拍影像與WorldView-2影像鑲嵌影像，空間分辨率為0.5 m；7景2014年覆蓋珠海市大比例尺DOM航拍影像，空間分辨率為0.1 m。影像信息詳見表1。

表1 影像數(shù)據(jù)信息

2. 數(shù)據(jù)預(yù)處理

收集影像存在投影坐標(biāo)系統(tǒng)的差異，這將導(dǎo)致影像易位，嚴(yán)重影響珠海市海岸線提取結(jié)果，因此需統(tǒng)一各影像坐標(biāo)系統(tǒng)。本文確定影像數(shù)據(jù)輸出投影坐標(biāo)系統(tǒng)為CGCS2000坐標(biāo)系，其中1990珠海獨立坐標(biāo)系采用珠海市四參數(shù)模型，1980西安坐標(biāo)系采用珠海市七參數(shù)模型轉(zhuǎn)換成CGCS2000坐標(biāo)系，完成影像坐標(biāo)系的統(tǒng)一。

影像數(shù)據(jù)均經(jīng)過正射校正處理，消除了遙感影像成像時因材料變形、物鏡畸變、大氣折光、地球曲率、地球自轉(zhuǎn)和地形起伏等因素導(dǎo)致的幾何畸變。但由于影像分辨率差異及影像經(jīng)過坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換后，導(dǎo)致了影像之間的細(xì)節(jié)不匹配。本文以經(jīng)過正射校正的2014年DOM影像為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，采用多項式模型及雙線性插值法對2004、2007及2011年影像進(jìn)行配準(zhǔn)，配準(zhǔn)精度控制在0.5個像素之內(nèi)。

三、海岸線信息提取

本文參考908專項“海島海岸帶衛(wèi)星遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程海岸線分類體系”[10]及國家海洋局制定的海岸基本功能規(guī)劃的海洋功能區(qū)類型[11]，結(jié)合研究區(qū)地物特征，基于覆蓋珠海市4個時相的遙感影像，從色彩、紋理、地物鄰接關(guān)系等方面建立適用于珠海市海岸線的分類體系。本文將珠海市海岸線類型分為自然岸線和人工岸線兩個一級類，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步詳細(xì)劃分二級類，詳見表2。

表2 珠海市海岸線分類體系

基于建立的珠海市海岸線分類體系，結(jié)合覆蓋珠海市的2004年SPOT-5影像及2007、2011和2014年正射DOM影像特征，采用目視解譯方法進(jìn)行珠海市海岸線位置、長度和類型等信息提取。在信息提取過程中，為消除人為誤差，確保未發(fā)生變遷的岸段海岸線位置及屬性不變，本文首先提取了珠海市2007年的海岸線，利用2007年的海岸線提取結(jié)果，將其與908專項海岸線矢量層進(jìn)行對比，分類型對提取結(jié)果的精度進(jìn)行了評價。精度評價結(jié)果表明提取海岸線與908專項海岸線能很好地吻合在一起，對于局部岸線提取精度的偏差是由于908專項的提取原則和本文的提取原則不一致導(dǎo)致的。因此認(rèn)為，本文提取的2007年珠海市海岸線是可靠的，然后賦予類型、年份、長度等屬性信息，以2007年海岸線為基準(zhǔn)修改得到其余3期岸線。

四、海岸線變遷分析

基于建立的海岸線分類體系，采用目視解譯方法提取了4期珠海市海岸線信息，海岸線信息結(jié)果如圖2所示，各類型海岸線信息統(tǒng)計結(jié)果見表3。

圖2 珠海4期海岸線提取結(jié)果

類型2004年2007年2011年2014年基巖岸線39．4937．6035．5234．96砂質(zhì)岸線17．8915．7916．6317．09礫石岸線35．6733．0231．1924．74生物岸線11．4211．2511．5711．11河口岸線1．711．511．651．03淤泥質(zhì)岸線4．085．374．093．78堤壩2．262．2612．4320．47港口碼頭70．2384．15112．77132．67建設(shè)岸線32．7037．0844．0552．17養(yǎng)殖圍堤195．32185．85169．67146．26閘0．830．961．572．13道路58．6656．4247．4348．84總計470．24471．25488．57495．27

1. 海岸線總體分析

通過圖2、表3可發(fā)現(xiàn)，2004—2014年間珠海市海岸線長度呈持續(xù)增長趨勢。其中2004—2007年內(nèi)增長幅度較小，2004年珠海市海岸線總長為470.24 km，到2007年海岸線總長為471.25 km，3年內(nèi)海岸線增長了1.01 km；2007—2011年岸線長度急劇增長，2011年珠海市海岸線長度增長到488.57 km，較2007年增加了17.32 km，增長速率約為4.34 km/a；2011—2014年珠海市海岸線呈增長趨勢，但較2007—2011年增長趨勢有所下滑，2014年珠海市海岸線長度為495.27 km，較2011年增加了6.7 km，增長速率約為2.23 km/a。2004—2014年，10年間珠海市海岸線長度增加25.03 km，平均增長速度約2.50 km/a，如圖3所示。

圖3 珠海市4期海岸線長度變化

通過珠海市海岸線分類體系及4期海岸線結(jié)果信息得到珠海市自然岸線與人工岸線統(tǒng)計結(jié)果，見表4，所占岸線比例如圖4所示。

表4 珠海市海岸線一級類信息統(tǒng)計 km

圖4 各岸線所占比例

由表4和圖4可知，珠海市4期岸線中，人工岸線相比于自然岸線比重較大，4期海岸線中人工岸線長度分別為359.98、366.72、387.92和402.55 km，所占各期總岸線長度的比重分別為76.55%、77.82%、79.40%和81.28%；自然岸線的長度分別為110.26、104.53、100.65和92.72 km。在研究期內(nèi)，人工岸線處于持續(xù)增長狀態(tài)，2004—2007年增長了6.74 km，2007—2011年增長了21.20 km，2011—2014年增長了14.63 km；自然岸線長度處于持續(xù)減少狀態(tài)，2004—2007年減少了5.73 km；2007—2011年減少了3.88 km，2011—2014年減少了7.93 km。10年間人工岸線長度增加了42.57 km，自然岸線長度減少了17.54 km。

2. 各類型海岸線變遷分析

由表3和圖5可知，在研究期內(nèi)珠海市自然岸線變化不太激烈。珠海市基巖岸線處于持續(xù)減少狀態(tài)，4期基巖岸線長度分別為39.49、37.60、35.52和34.96 km，10年內(nèi)基巖岸線減少了4.53 km，平均減少速率約為0.45 km/a。砂質(zhì)岸線處于先減少后增加的狀態(tài)，2004—2007年岸線長度由17.89 km減少到15.79 km，減少了2.10 km，2007—2014年處于上升階段，到2014年岸線長度變?yōu)?7.09 km，增加了1.30 km，在2007—2014年間砂質(zhì)岸線增長的主要原因是由于人為活動的影響造成砂質(zhì)岸線形態(tài)發(fā)生了變化，曲折度增大，如圖6(a)所示，10年內(nèi)砂質(zhì)岸線減少了0.8 km。10年內(nèi)礫石岸線處于持續(xù)減少狀態(tài)，4期礫石岸線長度分別為35.67、33.02、31.19和24.74 km，10年內(nèi)礫石岸線減少了10.93 km，平均減少速率約為1.09 km/a。生物岸線在2004—2014年間變化不明顯，從2004年的11.42 km變?yōu)?014年的11.11 km，減少了0.31 km，在2004—2007年處于減少狀態(tài)，2007—2011年呈增長態(tài)勢，這是由于生物岸線在這段時間內(nèi)發(fā)生了向海增長，如圖6(b)所示。河口岸線呈先減少后增加再減少的態(tài)勢，2004—2007年岸線長度由1.71 km減少到1.51 km，減少了0.2 km，2007—2011年處于上升階段，4年內(nèi)增長了0.14 km。增長原因是：2007年為養(yǎng)殖岸線類型，2011年轉(zhuǎn)變?yōu)楹涌陬愋停鐖D6(c)所示；到2014年岸線長度變?yōu)?.03 km，凈減少了0.62 km，10年內(nèi)河口岸線減少了0.68 km。淤泥質(zhì)岸線呈先增長后減少的態(tài)勢，2004—2007年間岸線長度由4.08 km增長到5.37 km，2004—2007年淤泥質(zhì)岸線的增長是由于建設(shè)廢棄物的堆積，造成海岸的淤積形成岸線形態(tài)的變化，如圖6(d)所示；2007—2014年岸線呈持續(xù)減少態(tài)勢，2014年海岸線長度為3.78 km，7年內(nèi)凈減少了1.59 km，平均減少速率約為0.23 km/a，10年內(nèi)淤泥質(zhì)岸線減少了1.30 km，平均增長速率約為0.13 km/a。

圖5 珠海市各海岸線類型結(jié)果統(tǒng)計

圖6 各岸線類型變遷因素示意圖

2004—2014年間珠海市人工岸線變化劇烈。其中堤壩、港口碼頭岸線、閘和建設(shè)岸線一直呈增加的態(tài)勢，堤壩、港口碼頭岸線、建設(shè)岸線和閘長度分別由2004年的2.26、70.23、32.70和0.83 km增長到2014年的20.47、132.67、52.17和2.13 km，分別增長了18.21、62.45、19.47和1.30 km，平均增長速率分別約為1.82、6.24、1.95和0.13 km/a。養(yǎng)殖圍堤岸線處于持續(xù)減少階段，4期養(yǎng)殖圍堤岸線長度分別為195.32、185.85、169.67和146.26 km，10年內(nèi)養(yǎng)殖圍堤岸線減少了49.06 km，平均減少速率約為4.91 km/a。道路呈先減少后增加的態(tài)勢，2004—2011年岸線長度由58.66 km減少到47.43 km，減少了11.23 km，平均減少速率約為1.60 km/a，2011—2014年處于增加階段，到2014年岸線長度變?yōu)?8.84 km，增加了1.41 km；2004—2011年道路減少的原因是道路類型因填海造陸改變了用地屬性，歸類為其他人工用地類型，如圖7所示。10年內(nèi)道路長度減少了9.82 km，平均減少速率約為0.98 km/a。

圖7 道路岸線變遷

五、結(jié)論與討論

本文基于2004、2007、2011和2014年覆蓋珠海市的SPOT-5、航空影像和WorldView-2等高分辨率影像，建立了適用于珠海市海岸線的分類體系，提取了珠海市4期海岸線信息。基于珠海市4期海岸線信息結(jié)果，分析了珠海市2004—2014年來4期海岸線變化。結(jié)論如下：

1) 2004—2014年間珠海市海岸線長度呈持續(xù)增加狀態(tài)。其中2004—2007年內(nèi)增長幅度較小，2004年珠海市海岸線總長為470.24 km，到2014年海岸線總長為495.27 km，10年間珠海市海岸線長度增加25.03 km，平均增長速度約2.50 km/a。

2) 珠海市4期岸線中，每期人工岸線的比重都大于自然岸線比重，各期人工岸線長度分別為359.98、366.72、387.92和402.55 km，人工岸線處于持續(xù)增長狀態(tài)，變化劇烈，自然岸線變化相對平緩。10年間人工岸線總長度增加了42.57 km，增長速率約為4.26 km/a，自然岸線總長度減少了17.54 km，減少速率約為1.75 km/a。

3) 珠海市各類型岸線中，堤壩、閘和建設(shè)岸線長度處于持續(xù)增加狀態(tài)。其中增加最為劇烈的為港口碼頭岸線，增加了62.45 km，平均增長速率為6.24 km/a；基巖岸線、礫石岸線、養(yǎng)殖圍堤岸線長度處于持續(xù)減少狀態(tài)，減少最為迅速的岸線類型為養(yǎng)殖圍堤，10年內(nèi)岸線長度減少了49.06 km，平均減少速率約為4.91 km/a。

[1] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.海洋學(xué)術(shù)語(海洋地質(zhì)學(xué)):GB/T 18190—2000[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2000.

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Monitoring of Coastline Change in Zhuhai Based on High Resolution Remote Sensing

ZHANG Haitao

2016-02-23

國家科技支撐計劃(2012BAB16B01)

張海濤(1976—)，男，高級工程師，主要從事海洋測繪和遙感監(jiān)測研究與應(yīng)用。E-mail：332575991@qq.com

張海濤.珠海市海岸線變化高分辨率遙感監(jiān)測分析[J].測繪通報，2016(11)：55-59.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0365.

P237

B

0494-0911(2016)11-0055-05