多时相遥感数据在海岛整治修复中的应用

邓 钟



多时相遥感数据在海岛整治修复中的应用

邓 钟

（闽江学院地理科学系，福建 福州，350108）

遥感技术广泛应用于海岛监测和识别，但应用于海岛整治修复方面较少，针对这种问题，作者以福清市北青屿为例，探索利用多时相遥感数据，分析海岛开发前后资源环境变化情况，指导海岛整治修复。最终，为我国类似情况的海岛整治修复提供参考。

多时相；高分遥感；海岛；整治修复

0 引言

我国海岛众多，拥有面积大于500平方米的海岛7371个（包括台湾省的224个海岛）[1]。由于我国早期海岛开发缺乏保护意识，海岛破坏严重：炸岛炸礁、填海连岛、采石挖砂、乱围乱垦等活动大规模改变海岛地形、地貌，甚至造成部分海岛灭失。随着《海岛保护法》（2010年3月1日）的颁布实施，海岛保护受到国家重视，对于法后完成开发的海岛都要进行整治修复。福清市北青屿就是一个典型的法前开发，法后才完成开发的海岛，由于开发时没有保护规划，海岛开发造成了整个海岛地形、地貌、岸线等严重破坏，加上缺乏开发前海岛自然环境实地调查资料，无法了解海岛原有状况，导致修复存在一定的盲目性。遥感技术广泛应用于海岛调查、识别和监测[2-5]，针对北青屿在修复过程出现的上述问题，本文探索使用多时相高分辨率影像数据，结合地形数据等其他基础地理数据，恢复北青屿开发前地形地貌现状，通过分析北青屿开发前后环境变化情况，指导北青屿综合整治修复。最终为我国其他类似情况海岛修复提供参考。

1 研究区域概况与数据获取

北青屿为无居民海岛，位于福清市与平潭海峡之间，隶属于福清市。坐标范围为：东经119°38′37.95″~119°38′45.12″，北纬25°28′13.59″~ 25°28′21.71″，整体呈南北走向，西面距离福清小东山岛约375 m；南北长约81m，东西宽约54m，投影面积约为2566 m2。见图1。

北青屿面积较小(约81 m×54 m)，为掌握北青屿在开发前后自然环境变化情况，分别获取QuickBird 2000-10-29、2006-05-19和2012-01-01 3个时期的全色高分影像，通过对影像进行裁切、配准等预处理，形成图2、图3和图4所示专题图。

图2 北青屿2000年10月29日影像

图3 北青屿2006年5月19日影像

图4 北青屿2012年01月1日影像

根据上述不同时期影像可以看出，北青屿在2000~2006年之间没有变化，而在2006~2012年之间地形、地貌、岸线、土壤、植被等自然环境发生了较大改变，为定量掌握北青屿自然环境变化情况，需要对上述多时相遥感影像进行分析，以此获取北青屿开发前后自然环境要素变化量，为北青屿综合整治修复提供技术支持。

2 海岛自然环境变化分析

当前，国外对海岛修复主要以生态修复理论为基础，以工程措施为主的修复方法；我国海岛修复研究起步比较晚，目前研究较多的为海岛植被修复和海岸、沙滩修复等[6]。根据北青屿实际修复需求，将利用多时相高分遥感数据，结合地形数据和实际测量数据分析北青屿地形、岸线、植被、土壤等生态环境要素变化情况。

2.1 地形变化分析

由于北青屿面积较小，海岛开发利用单位（即平潭大桥施工单位）按工程建设需要将整个岛屿挖平，并在海岛南面建有两根大桥桥墩，岛屿中部作为临时施工场地，整个海岛地形破坏较大。利用Quickbird 2000年10月29日高分遥感影像，结合原有的地形数据和开发后的实测地形数据，恢复北青屿开发前后三维地形变化状况，见图5.

图5 北青屿三维地型变化图

根据恢复开发前的北青屿地形可知，北青屿中部高，最高达10.3 m，实测现场施工平台平均高程约8.5 m，由此可以看出，北青屿施工平台之上的岛体全部被挖平，并进行了部分填海，形成了图5红线所示的施工平台。通过上述地形恢复过程，完整地再现了北青屿开发前后地形变化情况。

2.2 海岸线变化分析

海岸线为平均大潮高潮时水陆分界的痕迹线，在实际计算中，高潮线大都以多年平均高潮线为准。遥感数据仅能够获取海岛某一时刻实时水边线，利用2006年5月19日Quickbird遥感监测数据，结合北青屿地形数据以及平潭海峡海洋潮汐监测数据可以推算出北青屿海岸线，见图6所示（蓝线）。通过对北青屿开发后的岸线实际调查和测量，形成图6红线所示的岸线。

图6 北青屿岸线变化图

通过对图6岸线测算，北青屿在开发前自然岸线长约247 m，开发后，几乎所有自然岸线被破坏，形成新的人工岸线长约523 m，开发前后岸线长度和位置均发生了变化。

2.3 植被土壤变化分析

植被土壤是海岛的重要自然资源，对于海岛的气候、生态环境有着重要的影响。遥感对于植被的提取主要是采用归一化植被指数（NDVI）、植被覆盖率作为衡量植被资源的因子。该因子能够反映地表植被的生长状况和植物生长空间分布状况。但对于低植被覆盖情况下，NDVI检测植被覆盖情况灵敏度大大降低[7]。通过对北青屿开发前影像解译分析，北青屿植被稀疏、NDVI指数无法获取植被覆盖情况，因此，根据北青屿2006年5月19日影像，对开发后的岛屿实际调查发现，在北青屿中部有沙质土壤层存在，在土壤层中发现有少量狗牙根等植物根系存在，但植被覆盖度以及土壤覆盖范围无法确定。

图7 北青屿土壤植被状况

3 北青屿整治修复建议

海岛整治修复工程是在人工干预的情况下对受损的自然环境进行修复，自然因素的影响对整治修复效果起关键作用。因此，海岛整治修复必须在尊重海岛自然规律的基础上，按照北青屿生态系统的自然属性，科学制定与自然条件相协调的整治修复方法与措施。根据北青屿开发前后的自然环境变化情况，提出如下整治修复建议：

1）北青屿地形地貌被破坏，根据地形数据，在海岛中南部，回填沙土至13 m左右的高程，以恢复海岛原有地形地貌特征。

2）北青屿岸线位置和长度已经发生变化，人工岸线完全替代了原有的自然岸线，但人工岸线坡度较大，建议在坡度大的岸线脚底抛石压脚，减缓坡度，加固因施工造成的不稳固的岸线。

3）北青屿原有植被稀疏，土壤层坚硬，可根据北青屿周边岛屿植被情况，恢复相应的植被和土壤。

根据上述建议，2014年6月，平潭大桥建设单位完成北青屿整治修复。目前，北青屿地形地貌已恢复，岛陆土壤得到改善、植被已恢复生长，经过半年的实际运行，北青屿整治修复达到预期效果。

4 结论

采用多时相高分遥感数据定量分析和提取福清市北青屿开发前后地形地貌、土壤、植被和岸线的变化情况，可以辅助海岛整治，为合理整治修复海岛提供支持。特别是对缺乏保护规划和现场调查资料的海岛，多时相遥感数据可以恢复海岛原有自然环境特征，可为海岛整治修复提供参考。

参考文献：

[1] 陈可馨,陈家刚.我国海岛资源的持续利用[J].天津师范大学学报:自然科学版, 2002, 22(1):60-63.

[2] 陈凌云,胡自宁,黎广钊,等. 遥感技术在广西海岛调查中的应用[J].国土资源遥感, 2005,4:78-81.

[3] 黄建波. 中国海岛·沙洲·珊瑚礁遥感监测应用中的典型问题研究[D].青岛:中国海洋大学, 2006.

[4] Kumar P K D, Gopinath G, Laluraj C M, et al. Change detection studies of Sagar Island, India, using Indian remote sensing satellite 1C linear imaging self-scan sensor III data[J]. Journal of Coastal Research, 2007: 1498-1502.

[5] Hadjimitsis D G, Retalis A, Clayton C R. Satellite remote sensing and GIS for sustainable development in Skiathos Island, Greece[C]. Remote Sensing. International Society for Optics and Photonics, 2004: 63-71.

[6] 庄孔造,余兴光,朱嘉. 国内外海岛生态修复研究综述及启示[J]. 海洋开发与管理,2010, 27(11):29-35.

[7] 薛重生.地学遥感概论[M]. 武汉:中国地质大学出版社,2011:187-197.

Application on Multi-temporal Remote Sensing Data in Island Improvement and Restoration

DENG Zhong

( Geographic Department of MinJiang University. Fuzhou, Fujian 350108, China)

Remote sensing technology is widely used in island monitoring and identifying, but less used in island improvement and restoration. Aiming at these problems, the author use Beiqing island of Fuqing City as research subjects, use multi temporal high resolution remote sensing data, analyses the changes of the island resource environment before or after developed, and then according to these changes, guide the Beiqing island environment restoration. Finally, provide the reference for the similar Island restoration in china.

Multi-temporal; Remote Sensing Image; Island; Improvement and Restoration

1674-8085(2015)06-0062-04

P736.14

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2015.06.013

2015-08-10；修改日期：2015-10-13

福建省教育厅科技计划项目(JB12151)；福建省中青年教师教育科研项目(JA13249)

邓 钟(1975-)，男，湖北黄梅人，副教授，博士，主要从事遥感与地理信息应用研究(E-mail:dz2001nba@163.com).