王超 張宇 王效民 張淼 李玉清

摘? 要：作為特殊的地理資源，水域?yàn)┩恳恢痹趪彝恋匾?guī)劃中占有重要地位，但是由于其特殊的地貌特征，應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)的測量手段和規(guī)劃難度很大。文章綜合介紹了遙感技術(shù)在水域?yàn)┩抠Y源規(guī)劃中的優(yōu)勢及應(yīng)用，對(duì)水域?yàn)┩康沫h(huán)境特征、發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃的基本手段和原理。在應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、提取及規(guī)劃的基礎(chǔ)上，介紹科學(xué)評(píng)價(jià)水域?yàn)┩抠Y源稟賦和環(huán)境承載力的遙感技術(shù)手段，為水域?yàn)┩抠Y源規(guī)劃和環(huán)境綠色可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：遙感;灘涂;測繪

中圖分類號(hào)：S9-0;P237文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C

1 引言

水域?yàn)┩恳?guī)劃是國土空間規(guī)劃的重要組成部分和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)性工作，利用規(guī)劃設(shè)計(jì)來優(yōu)化水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)布局是推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和環(huán)境生態(tài)綠色高質(zhì)量發(fā)展的必然要求，因此必須將養(yǎng)殖水域?yàn)┩恳?guī)劃納入國土空間規(guī)劃和農(nóng)業(yè)空間規(guī)劃的大局中統(tǒng)籌考慮，實(shí)現(xiàn)縣域空間統(tǒng)一規(guī)劃相協(xié)調(diào)。水域?yàn)┩渴芩憚?dòng)力多重作用，其演變形式復(fù)雜多樣，具有沖淤現(xiàn)象明顯，空間位置不斷遷移的特征，年代久遠(yuǎn)的歷史地形圖和資料已無法滿足規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的需求，且進(jìn)行實(shí)地測量又因受到水域風(fēng)浪、潮汐等自然因素的影響很難開展，采用常規(guī)方法來獲得水域?yàn)┩康姆植紨?shù)據(jù)難度較大[1，2]。遙感技術(shù)具有快速、宏觀、跨時(shí)段、大尺度地進(jìn)行調(diào)查與監(jiān)測的優(yōu)勢，能夠在水域?yàn)┩恳?guī)劃工作中起到特殊的作用。在水域?yàn)┩繙y繪操作的過程中，遙感測繪技術(shù)具有十分廣泛的應(yīng)用，具有宏觀、成本低、效率高等特點(diǎn)，是當(dāng)前水域?yàn)┩空{(diào)查工作中非常重要的技術(shù)手段[3]。

2 水域?yàn)┩窟吔绲倪b感識(shí)別與提取

2.1 規(guī)劃區(qū)數(shù)據(jù)采集

水域?yàn)┩繑?shù)據(jù)具有明顯的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化特征，原則上應(yīng)選用多波段、多時(shí)相、多空間分辨率、多層次的衛(wèi)星觀測系統(tǒng)，確保能夠獲取灘涂地域動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確、快速、大面積、多尺度的數(shù)據(jù)[4]。灘涂規(guī)劃區(qū)數(shù)據(jù)的采集應(yīng)首先完成相關(guān)歷史資料和圖件的整理搜集，再對(duì)規(guī)劃區(qū)的地形圖、行政圖和土壤圖件進(jìn)行數(shù)字化，最后利用不同時(shí)期遙感圖像提取規(guī)劃區(qū)灘涂利用及其變化情況，確定不同時(shí)期灘涂資源的時(shí)空分布。影像選取時(shí)間新、分辨率高的遙感衛(wèi)星圖像作為底圖，一般空間分辨率不應(yīng)低于30米，如美國陸地資源衛(wèi)星Landsat TM、中巴地球資源衛(wèi)星02C、國產(chǎn)高分一號(hào)衛(wèi)星（GF-1）等都滿足條件，另外影像的云覆蓋率不超過10%，時(shí)間段一般選擇4月～9月，能滿足水域?yàn)┩康牡匚镒R(shí)別，主要包括海岸、植被、河口、養(yǎng)殖區(qū)等地物的識(shí)別。

選取合適的波段組合是開展遙感測繪工作的關(guān)鍵。由于各地物在不同波段范圍內(nèi)反射率不同，故不同地物在不同波段范圍內(nèi)成像是不同的，這樣采用不同波段組合可以區(qū)分不同利用類型的灘涂。遙感分波段記錄了地物波譜的微弱差異，充分利用地物在不同波段的差異有效識(shí)別物體，在進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)處理前，首先進(jìn)行最佳波段組合方案的選擇。

2.2 遙感圖像預(yù)處理

2.2.1 圖像的校正

遙感圖像的校正能夠有效地消除數(shù)據(jù)獲取過程中的變形和誤差，使數(shù)據(jù)更趨近于真實(shí)數(shù)值，有利于規(guī)劃工作的開展。行業(yè)一般采用ENVI（The Environment for Visualizing Images）遙感圖像處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精準(zhǔn)校正，用高程常量來表示邊界特征線高程的做法存在一定的誤差，在較大面積的水域?yàn)┩康匦畏囱葸^程中，特征線水平誤差影響是造成測繪誤差的主要因素[5，6]。利用已知地形圖空間插值法構(gòu)建參考DEM含有空間插值誤差。但該評(píng)價(jià)方法能夠從全局了解誤差分布情況，掌握誤差分布特征，校正后各時(shí)相圖像處于同一誤差分布下，消除了由不同影像誤差對(duì)灘涂資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測帶來的準(zhǔn)確度影響。在幾何校正中，數(shù)學(xué)校正模型選取能夠起到非常關(guān)鍵的作用，目前常用的模型主要有三種：一是最鄰近值采樣、雙線性內(nèi)插值采樣與三次卷積采樣。其中臨近值采樣通過對(duì)圖像反向變換得到的一個(gè)浮點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行取整，得到整數(shù)型坐標(biāo)，整數(shù)型坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的像素值就是目標(biāo)像素的像素值，雖然可以得到足夠的糾正精度，但是容易出現(xiàn)像元偏移問題，得到的圖像質(zhì)量不高;二是三次卷積采樣是通過16個(gè)相鄰像元的距離加權(quán)平均值估算新像元值的重采樣方法，計(jì)算精度高，但是計(jì)算量相對(duì)較大;三是雙線性內(nèi)插值采樣通過對(duì)于一個(gè)目的像素設(shè)置坐標(biāo)，并通過反向變換得到的浮點(diǎn)坐標(biāo)，其像素值由原圖像坐標(biāo)周圍的四個(gè)像素值確定。這種方法計(jì)算量大，但縮放后圖像質(zhì)量高，不會(huì)出現(xiàn)像素值不連續(xù)的情況。由于雙線性插值具有低通濾波器的性質(zhì)，使高頻分量受損，所以可能會(huì)使圖像輪廓在一定程度上變得模糊。在實(shí)際工作中，三種方法各有所長，各自對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用場景。

2.2.2 圖像的增強(qiáng)處理

圖像增強(qiáng)指利用各種算法提高圖像中的對(duì)象與背景的對(duì)比度與圖像清晰度，從而突出人或其它接收系統(tǒng)所感興趣的目標(biāo)部分，而遙感圖像增強(qiáng)則指用各種數(shù)學(xué)方法和變換算法提高某灰度區(qū)域像素的反差、對(duì)比度與清晰度，增加圖像中各地物特征的對(duì)比度，從而提高圖像顯示的可用性，使圖像有利于人眼識(shí)別，進(jìn)而提高圖像的目視解譯性能，提高圖像的視覺效果，使分析者能夠更容易地識(shí)別圖像內(nèi)容，從圖像中提取有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息。圖像增強(qiáng)的主要手段有彩色增強(qiáng)、圖像拉伸、濾波增強(qiáng)、比值增強(qiáng)和數(shù)據(jù)融合等。處理的過程一般需要多種手段綜合運(yùn)用已達(dá)到高效識(shí)別的效果。

2.3 遙感信息提取

灘涂土地利用類型的劃分與解譯標(biāo)志的建立

遙感信息提取分類是遙感圖像處理系統(tǒng)的核心功能，也是地物信息提取的重要環(huán)節(jié)，利用遙感技術(shù)可以對(duì)典型的灘涂生境信息進(jìn)行提取。按照國家土地資源分類系統(tǒng)和灘涂利用情況，一般可分為水田、灘涂、水庫、坑塘、葦田、天然水域和養(yǎng)殖水面。

遙感信息提取又稱作圖像解譯，是指從遙感圖像上獲取目標(biāo)地物信息的過程。解譯方法可分為目視解譯和計(jì)算機(jī)圖像解譯。目視解譯是遙感圖像解譯的一種，又稱目視判讀，或目視判譯，是遙感成像的逆過程，它指專業(yè)人員通過直接觀察或借助輔助判讀儀器在遙感圖像上獲取特定目標(biāo)地物信息的過程。計(jì)算機(jī)圖像解譯由于土地類型的自動(dòng)識(shí)別和分類精度目前還達(dá)不到所需的程度，因此在常規(guī)應(yīng)用中一般采用目視解譯和計(jì)算機(jī)解譯相結(jié)合的方式。灘涂面積提取采用人工目視判讀與計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類相結(jié)合的方法， 先建立岸線提取的解譯標(biāo)志，再對(duì)于平均高潮線附近地物類型復(fù)雜而難以直接判別海岸線的地區(qū)，通過計(jì)算機(jī)監(jiān)督分類或非監(jiān)督分類進(jìn)行自動(dòng)地物分類來輔助海岸線提取，一般使用ENVI（The Environment for Visualizing Images）軟件進(jìn)行處理。水域?yàn)┩康臄?shù)據(jù)提取主要包括水邊線提取、植被邊線提取、沖刷線痕跡提取，目前一般采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類方法和密度分割法，結(jié)合局部影響增強(qiáng)、輔助紋理信息邊緣檢測實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的提取。

3 遙感分析與規(guī)劃

3.1 灘涂資源分類

根據(jù)灘涂的物質(zhì)組成成分，可分為巖灘、沙灘、泥灘三類;根據(jù)潮位、寬度及坡度，可分為高潮灘、中潮灘、低潮灘三類;從人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)目標(biāo)分類，可分為養(yǎng)殖灘涂、蘆葦灘涂、宜鹽灘涂和旅游灘涂。水域?yàn)┩渴莿?dòng)態(tài)變化的資源，水陸邊界的變化直接導(dǎo)致灘涂資源的增長或消退，從水陸邊界的變遷的演變特征可以對(duì)水域?yàn)┩抠Y源的規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐。灘涂的變化會(huì)對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來影響，一方面會(huì)帶動(dòng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的興起，另一方面卻會(huì)帶來灘涂生態(tài)功能的破壞，因此采用遙感技術(shù)進(jìn)行資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測，采用相應(yīng)措施及時(shí)調(diào)整灘涂土地利用結(jié)構(gòu)是很有必要的。

3.2 灘涂資源的價(jià)值評(píng)價(jià)

灘涂作為鄰近水域的優(yōu)勢生態(tài)資源，其生態(tài)承載力評(píng)價(jià)是其整體價(jià)值評(píng)估中重要的一部分，采用多源多時(shí)相衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于遙感的灘涂生態(tài)承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以灘涂面積保有率和生境植被覆蓋度變化率來反映灘涂生態(tài)系統(tǒng)變化狀況，進(jìn)而綜合分析灘涂生態(tài)承載力是灘涂資源價(jià)值評(píng)價(jià)的核心內(nèi)容。

灘涂資源的不同利用方式價(jià)值差異量較大，同時(shí)也受當(dāng)?shù)厝宋慕?jīng)濟(jì)條件影響，不同分類的灘涂資源并沒有嚴(yán)格的界限，如養(yǎng)殖灘涂、蘆葦灘涂和宜鹽灘涂都可以是旅游灘涂，目前還沒有理論和方法形成完整的評(píng)價(jià)體系，規(guī)劃部門可根據(jù)當(dāng)?shù)夭煌氖袌龆ㄎ挥枰栽u(píng)價(jià)。總體來說，不同的規(guī)劃利用方式對(duì)水域?yàn)┩抠Y源的價(jià)值衡量影響很大，養(yǎng)殖灘涂價(jià)值最大;旅游灘涂價(jià)值波動(dòng)較大，發(fā)展?jié)摿薮?宜鹽灘涂雖然經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高，但是對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞性較大;蘆葦灘涂的商品價(jià)值要遠(yuǎn)小于其他三類，但是生態(tài)效益較為明顯。

3.3 遙感分析與規(guī)劃

利用GIS（地理信息系統(tǒng)）對(duì)灘涂資源進(jìn)行分析是現(xiàn)代國土規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的一種高效信息化手段。地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System或 Geo-Information system，GIS）是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。在地理信息系統(tǒng)中對(duì)水域?yàn)┩繉?duì)象多源多格式數(shù)據(jù)進(jìn)行集成管理，充分利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢，有效構(gòu)建水域?yàn)┩抠Y源的規(guī)劃系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)灘涂資源數(shù)據(jù)的增刪改查以及分析和制圖，實(shí)現(xiàn)文本數(shù)據(jù)和地里空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。另外，無人機(jī)遙感技術(shù)是衛(wèi)星遙感技術(shù)的高精度補(bǔ)充技術(shù)手段，從分辨率來講，無人機(jī)航空影像分辨率較高，可搭載各類遙感測量設(shè)備，無人機(jī)影像可以直接輸出空間三維圖、地形圖、等高線圖等不同空間數(shù)據(jù)模型，可以對(duì)水域?yàn)┩抠Y源進(jìn)行高精度識(shí)別及規(guī)劃。

遙感分析主要是應(yīng)用統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別分類法對(duì)多光譜遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行土地利用進(jìn)行分類，提取目標(biāo)的專題信息。由于灘涂區(qū)域地物復(fù)雜度比較高，通常采用基于知識(shí)分類庫的模糊分類法，遙感影像進(jìn)行對(duì)象分割以后，數(shù)據(jù)集中的每個(gè)對(duì)象包含了不同波段的光譜均值和空間測度，可用于灘涂景觀結(jié)構(gòu)規(guī)劃分析、精確分類和生物指標(biāo)推算。遙感測繪技術(shù)是漁業(yè)行政部門對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)進(jìn)行規(guī)劃管理的重要手段，通過衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)界定可養(yǎng)殖區(qū)和非養(yǎng)殖區(qū)。利用遙感技術(shù)進(jìn)行水域?yàn)┩康囊?guī)劃就是要明確養(yǎng)殖區(qū)、禁養(yǎng)區(qū)、限養(yǎng)區(qū)、水源區(qū)、旅游區(qū)的分界線，按照各自的功能實(shí)現(xiàn)發(fā)展布局，實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明生產(chǎn)。

4 結(jié)語

灘涂面積的不斷擴(kuò)張給土地開發(fā)利用帶來了廣闊的前景，為水產(chǎn)養(yǎng)殖、耕地開墾提供了后備資源。灘涂生態(tài)系統(tǒng)很容易受到人類生活的影響，人類對(duì)灘涂的不合理開發(fā)利用，會(huì)嚴(yán)重破壞灘涂生態(tài)系統(tǒng)的原有平衡。利用多時(shí)相的遙感影像可以快速有效地對(duì)水域?yàn)┩康淖冞w進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，科學(xué)的分析灘涂資源類型、應(yīng)用現(xiàn)狀和空間格局等特征，可以探究灘涂開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境保持的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)灘涂資源的數(shù)字化，為灘涂水域的規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。因此，要應(yīng)用遙感技術(shù)對(duì)水域?yàn)┩抠Y源科學(xué)合理地進(jìn)行規(guī)劃，為中國的生態(tài)文明建設(shè)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供助力。

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Application of remote sensing and surveying mapping technology in the waters and tidal flats planning

WANG Chao1， Zhang Yu2， WANG Xiaomen3， ZHANG Miao4， LI Yuqing5

（1. Aquatic Animal Resources Conservation Center of Heilongjiang Province， Harbin 150018， Heilongjiang， China; 2. Institute of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences Agricultural Remote Sensing and Information， Harbin 150000， Heilongjiang， China; 3. Harbin City Academy of State Land Resources Survey Planning， Harbin 150028， Heilongjiang， China; 4. Mulan County Fisheries Technology Extending Stations， Mulan 150000， Heilongjiang China; 5. Bayan County Longquan Town Peoples Government， Bayan County， 150000， Heilongjiang， China）

Abstract：As a special geographical resource， water tidal flats occupied an important position in national land planning， but because of its special topographical features， the application of the traditional technology of measurement and planning is difficult. The article introduced the advantage of remote sensing technology in the waters of tidal flats resources planning and application， the water environment characteristics of tidal flats， the development status and application of remote sensing technology in planning of the basic means and principles. In the application of remote sensing technology for data acquisition， processing， extraction and planning on the basis of scientific evaluation waters of tidal flats resources endowment and environmental bearing capacity of the remote sensing technology， tidal flats for water resources planning and sustainable development of environment green provide technical countermeasures.

Keywords：Remote sensing; Tidal flats; Surveying and mapping

作者簡介：王超（1976.10-），女，黑龍江省水生動(dòng)物資源養(yǎng)護(hù)中心高級(jí)工程師。研究方向：淡水養(yǎng)殖。

通訊作者：張宇（1981.10-），男，黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)遙感與信息研究所助理研究員。研究方向：遙感技術(shù)。