基于 BJ—1的环渤海区海岸工程变化遥感监测研究

杨娟++贾周云++邵靖净

摘 要：及时、有效地监测海岸工程的变化情况，对相关单位准确掌握海岸带及其附属经济腹地的发展状况有重要意义。以BJ-1（北京一号）数据作为数据源，采用多种变化监测方法对天津港和长兴岛港区2009—2011年海岸工程进行了变化监测研究，得到了所选区域3年中每年4个季度的监测结果。结果表明，基于自动提取与目视解译的方法更适用于BJ-1数据的遥感变化监测。

关键词：渤海；海岸工程；卫星；动态监测

中图分类号：P237 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.012

目前，利用遥感影像进行动态监测的方式主要运用于土地利用和土地覆被方面，很少用于海岸工程动态监测的研究。比如，冯钟葵等对 1986—2005年 青海湖地区的 TM数据进行了跟踪分析，得到 20年间青海湖的水域面积及湖岸线等的变化信息，并将其与青海湖同期的气象资料进行了对比分析，得到了湖区的变化趋势及其他相关变化信息；雷声等基于鄱阳湖 1983—2010年的 100颗多景卫星遥感影像，并结合鄱阳湖区水文站的水位信息进行了综合分析，得到了鄱阳湖的水位、面积等多种分析结果。

1 研究区域概况及数据处理

1.1 研究区域概况

研究区域分别选择了天津港和长兴岛。针对环渤海地区重大海岸工程动态监测的研究内容，设定了2个重点实验区，即天津区块（117.37°～120°E，37.98°～39.5°N）和长兴岛区块（121°～121.5°E，38.7°～39.5°N）。天津港地处渤海湾顶的海河入海口，是综合性的对外贸易港口；大连长兴岛港区位于中国辽东半岛中西部，大连瓦房店市西侧，四面环渤海，全岛东西长30 km，南北长11 km，环岛岸线长91.6 km，具有建设2×105～3×105 吨级码头的优良深水岸线资源。

两港区的地理特征不同，天津港水域的条件较差，泥沙淤积严重，难以满足巨型船舶进、出港的要求；长兴岛港区的水深条件好，底床和岸滩稳定，水体含沙量小，泥沙淤积轻微，没有骤淤问题。本文选取不同性质的港口进行了变化监测分析，具有实际参考意义。

1.2 数据处理

图像预处理，首先进行BJ-1卫星智能辐射增益条件下的辐

射校正。以天津港为例，选取其2010-05-01的BJ-1卫星影像作为基准数据。经实验分析，利用直方图匹配法对其2006-11-01的BJ-1卫星影像进行了辐射校正，并进行了几何纠正，结果如图1所示。其中，（a）为2010-05-01的基准影像，（b）为2006-11-01待校正的影像，（c）为2006-11-01校正后的影像，（d）为校正后红色方框区域内的影像叠加效果。2 海岸工程变化监测方法及监测结果

2.1 海岸工程变化监测方法

海岸工程的动态监测主要分为2个步骤，即变化信息的监测和变化信息的提取处理。监测变化信息时，可运用差值法、比值法、波段替换法、分类后比较法、PCA主分量差值法、PCA

三分量提取法、最小噪声分离法和波谱角差异法等。经对比分析和组合后，得到了基于BJ-1卫星影像数据的海岸工程动态监测的组合方法，如表1所示。

表1 变化信息提取的组合方法

序号 组合方法

1 差值法+直方图峰值图像分割法

2 比值法+统计分类法

3 PCA主分量法+峰值图像分割法

4 波段替换法+SVM 分类法

5 PCA三分量提取法+面向对象信息提取

6 基于面向对象的分类提取

提取变化信息时，主要选取图像分割法、SVM分类法和面向对象的分类法进行了监测试验。采用图像分割法可确定分割阈值。目前，常用的自动分割阈值的方法主要有基于直方图形状的方法（Otsus、kittlers）、基于力矩的方法（Tsais）和基于信息熵的方法（Kapurs）等。经实验分析，选取Ostus 进行了变化信息的提取，其精度较高。

2.2 监测结果及精度分析

基于天津港2期BJ-1卫星影像数据，结合表2中的监测方法得到的试验结果如图2所示，精度评价如图3和图4所示。图2的1～6为表1中的6种方法，红色部分为海岸工程变化的监测结果。

由图2可知，第6种方法的效果最好，即采用基于面向对象的分类提取方法得出的监测结果最好。该方法可有效监测出发生变化的区域，出现漏分现象的概率很低，但仍无法避免一些错分现象的发生，比如监测了天津港北部、南部及西南部等本不在变化监测范围内的区域。由于海岸工程的整体性较强，所以，无法避免相近地物易混淆等现象的出现，且其空间结构复杂、关系错综，常造成监测结果的错分。

由图3和图4中的精度评价可知，采用波段替换法+SVM分类的处理结果精度最高。由于波段替换时，波段信号会增强，进而形成高维空间，但高维空间需要采用SVM分类法分类。因此，这两种方法组合后，得到的监测结果精度较高。

综上所述，基于BJ-1数据，采用面向对象分类提取法+波段替换法+SVM分类法监测的方式适用于环渤海地区海岸工程的变化监测。

3 监测结果分析

利用基于BJ-1卫星数据的变化监测方法，基于 2009—2011年度环渤海区重点区域BJ-1卫星数据，如表2所示，得到了环渤海2个重点区域的变化结果，如图5所示。由图5可知，在这2个重点区域中，天津港的变化最大，监测结果精度最高，能清晰地反映出天津港各部分的变化情况，这对天津港及其周边地区的研究具有重要的参考作用；受自然因素的影响，长兴岛港区BJ-1卫星数据的质量较差，监测结果精度较低。

4 结束语

由海岸工程变化的监测结果可知，采用面向对象分类提取法+波段替换法+SVM分类法监测的精度和稳定性较高。此外，对于环渤海区的2个不同类型的海岸工程，采用上述监测方法进行动态分析的准确性高，具有实际参考意义。

参考文献

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〔编辑：张思楠〕