唐山海域动态变化遥感业务化监测及模式研究

王立贵，贾旭飞，张 冉，田 奇

(唐山市国土资源局，河北 唐山 063000)

唐山海域动态变化遥感业务化监测及模式研究

王立贵，贾旭飞，张 冉，田 奇

(唐山市国土资源局，河北 唐山 063000)

基于海域动态监视监测的需求，对唐山市2012年9月至2013年10月的海域变化进行了2个期次的遥感动态监测。结果表明：唐山市海域变化数量多、面积大、频率高，海域变化的原因主要为填海造地、基础建设和围垦养殖等人类开发活动。针对海域动态变化遥感业务化监测的需要，从海域变化信息管理模型、监测频率、时间和业务体系等方面研究了海域动态变化遥感业务化监测体系，建立了海域变化遥感信息模型，提出了海域动态变化遥感业务化监测体系方案。

海域；动态变化；遥感；监测

0 引言

随着社会经济的飞速发展，现有陆地资源已不能满足社会发展的需要，海洋经济已成为解决人口剧增、资源匮乏、环境恶化等问题的重要途径[1]。近年来，伴随着海域资源的大规模开发利用，随之而来的海洋资源环境问题也日益突显，已经严重影响到海域资源的健康、可持续利用[2]。为了促进海域资源的可持续利用和海洋经济的健康发展，我国已于2009年建成了“国家海域动态监视监测管理系统”，并于2013年建立了“国家海岛监视监测系统”。针对区域海域、海岛和海岸带动态监测的需求，各地开展了大量的研究工作。崔丹丹 等[3]在江苏省海域动态监测技术支撑体系方面进行了探析，李佼 等[1]提出了上海市海域动态监测管理系统的总体架构，余钦明[4]撰文介绍了海域动态监测管理系统在福州海域使用管理中的运用，温伟 等[5]就海南海岸带动态监测指标体系进行了研究。在海域和海岛动态监测与调查中，遥感技术发挥了日益重要的作用，在我国近海海洋综合调查与评价专项中(908专项)采用卫星和航空遥感手段开展我国海岛海岸带全覆盖的调查研究，取得了重要成果。同时遥感技术在海域和海岛的海岸线变迁监测及动因分析[6-9]、土地利用/覆盖变化监测[10-12]、围填海监测[13-14]、海岛的动态变化监测[15]等方面都发挥了重要作用。然而，在各级海域动态监视监测管理系统中，遥感监测应用还具有较多的随意性，业务体系尚不能适应地方管理的常态化运行需要[16]。本研究基于唐山市海域监测管理的需求，利用多源高分辨率卫星遥感技术的高精度、大范围、动态监测的优势，对唐山市2012年至2013年期间海域动态变化进行了高精度的遥感业务化监测，并探索了海域动态变化遥感业务化监测模式和业务体系。

1 研究区概况

唐山市地处渤海湾之东北，岸线西起与天津接壤的涧河，东至与秦皇岛接壤的滦河口，海岸线总长229.7 km，海域面积达3 568 km2[17]，其海岸线、海岛和海域面积所占比例都为河北省最高。因此，唐山市是河北沿海地区发展的重点区域。近年来，唐山市海域一直经历着高强度的开发，于2003年启动的“曹妃甸工程”已纳入国家发展战略，目标是建设成为世界一流的国际大港、新型工业化基地和滨海生态城市。2009年《唐山湾“三岛”海岛保护与利用规划(2009-2020)》获国家海洋局批复，随后，在唐山湾建立 “国家级海岛开发利用示范基地”和成立 “省级旅游综合改革实验区”等规划和政策相继落地。在“京津冀一体化”战略下，唐山市沿海的地位必将更加突出。为了合理有序地开发利用海域资源，保持沿海地区海域环境、海岛生态的稳定，为科学决策提供第一手实时资料，需要对唐山市海域的海岛海岸带进行业务化、高精度、高动态的监视监测。

2 遥感影像收集与处理

考虑到唐山地处我国北方，1—2月天气寒冷，生产建设活动较少，且近岸海域的海冰会影响遥感信息解译，因此选择2012年9月前后为唐山市海域动态监测的本底时间点，每半年进行1次监测，确定2次监测时间分别为2013年3月前后和2013年10月前后。本研究共收集了米级和亚米级高分辨率遥感影像15景，时间跨度从2012年9月至2013年10月，实现了3个时期的全覆盖、2个期次动态变化监测以及局部区域高精度监测的要求。表1为研究所用的遥感影像清单。

表1 遥感影像清单Tab. 1 List of remote sensing images

为获得准确的海域变化信息，并易于进行信息提取，需进行多源遥感影像的几何校正和影像融合处理。遥感影像几何校正，首先从地形图上获取遥感影像地面控制点，补充现场实测数据，对首期本底影像进行几何校正和拼接接边处理；然后以此为基础，对后期遥感影像数据进行图像校正，确保3期遥感影像之间的空间配准。几何校正的结果采用高斯-克吕格投影和2000年中国大地坐标系(CGCS2000)，并采用一定数量的地面控制点进行精度评价。随后采用了Gram-Schmidt(GS)变换法对ZY-1 02C、SPOT-6和ZY3等卫星遥感影像进行了图像融合，获得的融合影像具有全色影像的高分辨率和多光谱波段的彩色信息，影像纹理更清晰，更易于海域变化信息提取。

3 海域变化信息提取与分析

3.1 海域变化信息提取方法

根据国家海洋局发布的《海域使用分类》(HY/T 123-2009)[18]，结合唐山市海域使用的实际情况，海域变化信息主要有围垦养殖、填海造地、基础建设、道路建设、桥梁建设、水道建设、码头建设、盐场建设和储罐建设等。首先根据各类海域变化特征，结合现场踏勘数据和其他参考资料，基于高分辨率遥感影像资料，建立海域变化信息的遥感影像解译标志(表2)，作为海域变化信息提取的统一参考依据。

通过比较前后两期空间位置配准的高分辨率遥感影像，根据海域变化信息分类及其遥感解译标志，采用人机交互方法，全面考察海岸带、海岛和海域的遥感影像变化情况，通过遥感影像色调、纹理、尺度和形态等图像特征的反复比对，确定海域变化区域的位置、范围和类型，并对照有关规划资料，对海域变化的程度和趋势给出定性分析描述，得到海域变化信息。最后，选择部分存在疑问的海域变化区域进行现场核实，核实图斑数量应不少于10%，对解译不正确的图斑进行修改处理。

3.2 结果与分析

对研究区进行了2012年9月至2013年3月和2013年3月至2013年11月3个阶段共2期次的变化监测。表3为2期变化信息统计表，第1期变化图斑数为78个，总面积为43.217 7 km2，第2期变化图斑数为92个，总面积为62.126 4 km2。

由表3、图1和图2可知，从变化的规模范围来看，第2期相比第1期变化图斑数量增多，变化面积

表2 海域变化类型解译标志Tab.2 Typical interpretation examples of sea area change

增大。从不同变化类型图斑的数量来看，基础建设、填海造地和围垦养殖依次居前3位，其中基础建设约占40%，表明唐山市沿海的开发建设比较频繁，填海造地数量也不少。从不同变化类型图斑的面积来看，填海造地、基础建设和围垦养殖依次居前3位，其中填海造地的面积约占55%，表明唐山市沿海填海造地的强度比较大。从变化区域的空间分布来看，主要集中于曹妃甸区域，图斑数占80%以上，其次为京唐港区域和滦河口区域。可见，唐山市海域动态变化的动因主要为人类开发建设活动。

表3 唐山市海域变化信息统计表Tab.3 Statistics of sea area changes in Tangshan

图1 唐山市海域变化信息分布图 (2012-09—2013-03)Fig.1 Distribution of sea area changes in Tangshan(2012-09—2013-03)

4 海域变化遥感信息模型及管理体系设计

为实现海域动态变化业务化监测管理的需要，设计开发了海域变化遥感信息模型，并结合海域管理工作实践，对海域动态变化遥感业务化监测体系进行了探讨。

4.1 海域变化遥感信息模型

基于遥感监测获得的海域变化信息，设计了海域变化遥感信息模型。该模型以海域变化信息为对象，对相关信息进行梳理和规范，以便于信息化管理、更新和统计分析。海域变化遥感信息模型包括基本信息(编号、类型、位置和面积等)，变化前后遥感图像信息(遥感图像实体、成像时间、卫星名称和空间分辨率等)，信息解译说明和填表信息(信息处理时间、单位、处理人和审核人)等。海域变化遥感信息模型如表4所示。基于海域变化遥感信息模型可实现海量海域变化信息的管理和历史跟踪管理，可自动制作海域变化信息产品(图3)，用于现场管理与核实。

图2 唐山市海域变化信息分布图 (2013-04—2013-10)Fig. 2 Distribution of sea area changes in Tangshan(2013-04—2013-10)

表4 海域变化遥感信息模型Tab.4 Model of remote sensing information of sea area change

图3 海域变化遥感信息产品示例Fig. 3 Example of remote sensing information product of sea area change

4.2 海域变化遥感业务化监测体系

基于海域变化遥感信息模型，并结合海域管理工作实践，探讨了海域动态变化遥感业务化监测体系。根据唐山市的实际地理位置和海域变化情况，唐山市海域的遥感业务化动态监测应分为常态化监测和应急性监视两种。常态化监测应覆盖全部管辖海域，以半年为周期，每年监测2次，监测的时间分别为3月和9月。对重点目标区域，在特定时间段内进行应急性监视，监视频率可为每月1～2次。

海域动态变化遥感业务化监测工作基于多源高分辨率卫星遥感资料，按确定的周期(季度或半年)对唐山区域进行监测，选取成像质量好的遥感影像对全区形成全覆盖。应用基础地理信息库中的地形图选取控制点对图像进行几何校正，并对图像进行融合、裁切等处理。根据海域变化分类特征建立影像解译标志，据解译标志进行信息提取，得到海域变化信息表，输出成果，分发至管理部门协同办公。管理部门根据需要组织人员进行现场核查和执法。现场核查结果并用于检验和更正信息提取的结果。唐山市海域动态变化遥感业务化监测体系如图4所示。

图4 唐山市海域动态变化遥感业务化监测体系Fig.4 Remote sensing business monitoring system of sea area changes in Tangshan

5 小结

本文针对唐山市海域动态变化业务化监测的需要，采用多源高分辨率卫星遥感技术，开展了海域动态变化遥感业务化监测，并设计开发了海域变化遥感信息模型，初步完成了海域变化遥感业务化监测体系设计。

(1)对2012年9月到2013年10月之间的唐山市海域进行了2期次的动态变化遥感监测，每期监测周期为半年。监测结果显示，第1期变化图斑数为78个，总面积为43.217 7 km2；第2期变化图斑数为92个，总面积为62.126 4 km2。海域变化主要集中于曹妃甸区域，以及京唐港区域和滦河口区域，海域变化类型以基础建设、填海造地和围垦养殖为主。可见，近期唐山市海域动态变化的动因主要为人类开发建设活动。

(2)根据唐山市的实际地理位置和海域变化情况，建议唐山市海域的遥感业务化动态监测应分为常态化监测和应急性监视两种。常态化监测应覆盖全部管辖海域，以半年为周期，每年监测2次，监测时间分别为3月和9月。对重点目标区域或重点建设工程，在特定时间段内进行应急性监视，监视频率可为每月1～2次。

(3)结合已有海域动态监管系统，基于本研究提出的海域变化遥感信息模型和唐山市海域动态变化遥感业务化监测体系，重点针对海籍管理的需要，研发唐山市海域动态变化遥感业务化监测系统，扩展完善日常管理系统平台，实现唐山市海域动态变化的常态化遥感监测、移动办公和实时监管，提高海洋管理水平。

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Remote sensing monitoring of sea area dynamic changes and its model study in Tangshan

WANG Li-gui, JIA Xu-fei, ZHANG Ran，TIAN Qi

(LandandResourcesBureauofTangshan,Tangshan063000,China)

Aiming to the demand of sea area dynamic changes monitoring, two periods of remote sensing dynamic monitoring from September, 2012 to October, 2013 were carried in Tangshan. The results show that the sea area changes in Tangshan have the characteristics of great quantity, large area and high frequency. The main reasons for the sea area change are human developmental activities such as land reclamation, infrastructure construction and reclamation aquaculture. According to the demand of remote sensing monitoring, the monitoring model, the monitoring frequency, the monitoring time and the business system of the dynamic monitoring of sea area were researched. The model of remote sensing information of sea area dynamic changes was constructed. Finally, the design scheme of the business monitoring system of sea area using dynamic changes with remote sensing was presented.

sea area; dynamic changes; remote sensing; monitoring

10.3969/j.issn.1001-909X.2015.03.004.

2015-04-22

2015-05-19

唐山市海域遥感影像业务化动态监视监测示范项目

王立贵(1979-)，男，河北唐山市人，工程师，主要从事海域管理方面的研究。E-mail:tshyjhyc@163.com

TP79

A

1001-909X(2015)03-0026-08

10.3969/j.issn.1001-909X.2015.03.004

王立贵，贾旭飞，张冉，等. 唐山海域动态变化遥感业务化监测及模式研究[J]. 海洋学研究,2015,33(3):26-33,

WANG Li-gui, JIA Xu-fei, ZHANG Ran, et al. Remote sensing monitoring of sea area dynamic changes and its model study in Tangshan[J]. Journal of Marine Sciences, 2015,33(3):26-33, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2015.03.004.