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(cè)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(yīng)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(jì)設(shè)施建設(shè)的載體，在長江經(jīng)濟(jì)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(shì)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(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)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(hù)之間的矛盾日益突出。

國家對(duì)長江的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作十分重視，岸線資源利用和保護(hù)的監(jiān)測(cè)工作意義重大[3]。衛(wèi)星遙感具備視域廣、時(shí)效性高、觀測(cè)連續(xù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在岸線監(jiān)測(cè)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(hào)、資源三號(hào)和高分一號(hào)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對(duì)長江干流岸線類型開展監(jiān)測(cè)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(cè)監(jiān)管模式；陳黎等[6]利用民用輕型無人機(jī)精準(zhǔn)篩查岸線中整改措施未落實(shí)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(shí)間分辨率、可獲得性等都有長足進(jìn)步。同時(shí)，無人機(jī)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(cè)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(jī)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(cè)技術(shù)體系，對(duì)2020年三峽庫區(qū)重點(diǎn)岸線奉節(jié)至夷陵段的利用狀況開展監(jiān)測(cè)。

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(gè)區(qū)(縣)和湖北省巴東縣、興山縣、秭歸縣和夷陵區(qū)4個(gè)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(guān)于河流岸線位置與范圍的界定方法，國內(nèi)專家學(xué)者在涉及岸線資源利用和功能評(píng)估等研究工作中通常認(rèn)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(duì)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(xì)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(zhǔn)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(jì)，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(diǎn)岸線作為研究對(duì)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(jī)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(cè)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(cè)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(xiàng)目與河道之間空間位置關(guān)系(如跨河、穿河、臨河和攔河項(xiàng)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(xiàng)目與河道的關(guān)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(chǔ)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(cè)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(zhǔn)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(shí)，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(chǔ)，進(jìn)行幾何校正(平原地區(qū)誤差在1個(gè)像元以內(nèi)，山地地區(qū)控制在2～3個(gè)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(yù)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(biāo)志建立

影像解譯標(biāo)志是指用以識(shí)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(biāo)志、陰影及紋理等方面的影像特征構(gòu)建解譯標(biāo)志庫，采用人機(jī)交互解譯方式進(jìn)行影像分類。

3.3 無人機(jī)航測(cè)復(fù)核

針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行無人機(jī)航測(cè)復(fù)核，對(duì)衛(wèi)星遙感解譯的岸線類型進(jìn)行空間特征和屬性信息的核實(shí)、修改和完善。本研究使用大疆精靈4多旋翼無人機(jī)進(jìn)行航測(cè)復(fù)核，無人機(jī)飛行高度為120～250 m，地面分辨率為3.3～6.8 cm，每個(gè)架次的飛行時(shí)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(jì)

岸線長度統(tǒng)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(duì)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(cè)技術(shù)體系，高效、準(zhǔn)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(yuǎn)性的統(tǒng)籌規(guī)劃，管理體制也需完善。應(yīng)按照統(tǒng)一性原則，由專門機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理的岸線資源配置和科學(xué)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(shí)，各段岸線在開發(fā)利用程度方面存在差異，上游對(duì)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(hù)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。