基于Landsat 8 OLI数据的大连市海岸带解译标志研究

刘洪洋 庞姗姗 张帅 史凯琦 李微

摘 要：海岸线是由各种地质因素相互作用、河流和海洋沉积物淤积、各种气象和海洋条件以及人类社会经济活动塑造的海陆分界线。大连市海岸线约占全国大陆岸线的10%，主要包括基岩海岸、砂质海岸、淤泥质海岸和人工海岸。利用卫星遥感技术提取海岸线、动态监测岸线的变化、获得海岸带信息，与传统的海岸线现场测量相比，具有巨大优势。而遥感数据解译标志直接决定了海岸线提取的精度，因此本文以大连大陆海岸线为研究对象，基于landsat 8OLI数据，分析讨论各种类型海岸特点及图像特征，进而确定每一种海岸类型的解译标志。

关键词：解译标志 海岸带 遥感 OLI数据

中图分类号：P229 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）01（b）-0000-00

基金项目：大连海洋大学大学生创新训练计划项目（省乙级）（201510158203）；辽宁省教育厅计划项目（L2015078）；地理国情监测国家测绘地理信息局重点实验室开放基金（2014NGCM20）； 大连海洋大学校列项目（2013HYDX05）

大连市海岸线约占全国大陆海岸线10%，占辽宁省海岸线总长度的73%，海岸带与人类的生活、生产活动息息相关，对沿海的湿地生态，滩涂的兴衰等具有重要的指示作用，准确提取与监测岸线信息具有重要价值。

卫星遥感具有多时相、宏观等特性，与传统的海岸线现场测量相比，可有效的节省时间、人力和物力。而基于遥感技术的海岸线信息提取首先要确定不同类型海岸线的解译标志，解译标志的好坏直接决定了海岸线是否能够高精度提取。

近年来，众多学者对不同海岸线类型的解译标志进行了研究，其中Lodhi等（1997）基于淤泥和海水在近红外和红光波段反射率的不同，对淤泥质海岸进行了解译[1]。马小峰等（2007）选取针对针对辽宁海岸线，提出了卫星图像中典型海岸线（基岩海岸、人工海岸、砂质海岸、淤泥质海岸的解译方法）[2]；方国智等（2009）以辽宁省海岸带为研究区，根据不同类型海岸各自的地貌特征为依据，通过反射率高低，特殊的纹理特征，色调对比和形态特征来确定解译标志[3]；孙伟富等（2010）从色彩、纹理、地物邻接关系等方面建立了莱州湾基岩岸线、砂质岸线、粉砂淤泥质岸线和人工岸线的遥感解译标志[4]；张汉女等（2010）利用海岸线色、形、位的差异，以及光谱信息和空间信息，指出了不同类型海岸线的解译特征[5]；谢秀琴等（2011）根据我国东南沿海海岸地貌特征，研究了不同类型海岸线在ETM+、ALOS和SAR卫星图像中的解译特征标志[6]；周相君等（2014）建立了广西大陆沿岸基岩岸线、淤泥质岸线、砂质岸线、生物岸线和人工岸线 5 类主要岸线类型的解译标志，确定不同类型岸线的提取原则[7]；丁志磊等（2014）在苏北淤泥质海岸线提取及精度检验中采用面向对象的方法建立一套规则集，着重对淤泥质海岸光谱和纹理两个特征信息进行解译[8]。

可见，海岸线解译标志的研究具有明显的地域性，而针对约占全国大陆海岸线10%的滨城----大连市的海岸带解译标志研究还较少，因此本文以大连市海岸带为研究对象，以landsat 8 OLI为数据源，分析研究大连市不同类型海岸带的遥感图像解译标志，为大连市海岸线的提取及动态监测研究提供参考。

1研究区域概况

大连地处黄渤海之滨，三面环海，大陆岸线长约为1371公里，是中国东部沿海重要的经济贸易港口、工业、旅游城市。随着海岸开发力度增大，在人类获得经济和社会效益的同时，海岸结构也发生着变化，人工岸线长度不断增加，占大陆岸线的71.3%，生态系统受损，海岸防灾能力减弱，因此提取和监测海岸带信息对海岸有效利用和保护具有重要意义。目前大连市海岸线可分为基岩岸线、砂质岸线、淤泥质岸线和人工岸线四种类型，其中渤海大陆岸线长度为621公里，黄海大陆岸线长度750公里。同时基岩海岸线长452公里，其中大连湾、大窑湾、小窑湾、黄咀子湾、龙王塘湾、双岛湾等是我国典型的基岩港湾岸；淤泥质岸线长603公里，主要分布于青堆子湾、登沙河沿岸、复州湾两侧（青堆子，庄河口、皮口、石河、复州湾）；砂砾质岸线长316公里，在杏树屯、黄龙尾、金州湾、太平湾等海域有较多分布[9]。每种类型海岸都有其独特的特点，见表1。

2结果与分析

自1972年7月23日以来，美国Landsat系列陆地卫星已连续40多年对地球观测，使得海岸线的自然迁移以及人工海岸的动态监测研究成为可能。Landsat 8卫星于在2013年2月发射成功，其中主要载荷之一OLI陆地成像仪包括9个波段，空間分辨率为30米，其中包括一个15米的全色波段，成像宽幅为185x185km。OLI较之前的TM和ETM+新增了蓝色波段，主要应用海岸带观测，Landsat 卫星数据，特别是Landsat 8 OLI数据在海岸带研究中具有较大优势。因此本文采用USGS网站下载的Landsat 8 OLI L1B级数据，以大连市不同类型海岸带为研究对象，研究每一种海岸类型的海岸带的遥感图像解译标志。

2.1 基岩海岸

大连基岩海岸集中分布于辽东半岛南端，满家滩、凉水湾一带，是由石灰岩组成的海岸。如图1所示。

由图1可知，基岩海岸的海岸线位置应是明显的水边线即水陆分界线上。海岸的色调灰暗，岸上建筑物的亮度较高呈亮白色，在TM432假彩色合成影像中的海岸植被根据不同的长势呈浅红色或暗红色[4]，呈斑块状。近岸的礁石呈灰色，分布散乱，岩石的纹理粗糙，且亮度分布不均。因此可以将色调、颜色、纹理、形状以及位置等作为主要解译标志。

2.2 砂质海岸

砂质海岸的岸线一般比较平直，分布有几十米甚至几百米的广阔砂质海滩，见图2（a）和（b）。由于潮汐作用的影响，沙滩有时会被海水部分或全部淹没，当海水退去时，沙滩则又露出。

砂质海岸的纹理特征明显（见图2（c）），含水量较高的沙滩，光谱反射率较低，在图像上亮度较低，未被海水淹没的沙滩滩面干燥，光谱反射率较高，亮度较高，一般表现为亮白色。因此可以将色调和纹理等作为主要遥感图像解译特征。

2.3 淤泥质海岸

淤泥质海岸可分为己开发和未经开发两种类型。已开发的淤泥质海岸多为虾池、盐田等海产养殖区域，为了避免海洋恶劣天气的影响，防止大潮高潮或風暴潮时海水无控制的灌入修筑了堤坝，因此该类型海岸按照人工海岸进行解译。而未经开发、保持自然状态的淤泥质海岸，滩面坡度平缓，滩面宽度可达数千米甚至更宽。在OLI752假彩色合成遥感图像上，淤泥因富含有机质而在影像上呈灰色色调[5]。在OLI543假彩色合成影像中，淤泥质海岸向陆一侧植被生长茂盛，呈红褐色或暗红色，向海一侧植被较为稀疏呈浅红色，如图3所示。

此外由于高低潮时海水的反复冲刷，使得海岸线在纹理对比度上容易辨别[8]。因此可以将色调，纹理，光谱特征等作为图像主要的解译标志。

2.4 人工海岸

大连人工海岸主要包括码头海岸、堤坝海岸、养殖区海岸、盐田海岸和城市景观海岸5种。其中堤坝海岸的防波堤宽度一般小于Landsat 8 OLI数据空间分辨率（30米），因此本文仅分析讨论码头海岸，养殖区海岸，盐田海岸以及城市景观海岸的图像特征及解译标志，如表2所示。

3 结论

海岸线解译标志为海岸分类提供了依据，进而为精确提取海岸线，动态监测海岸线变化提供参考。因此本文以大连海岸带为研究对象，结合landsat 8 OLI数据特点，讨论了大连市不同海岸类型的图像亮度、纹理及形状等特征，最终确定了基岩海岸，砂质海岸，淤泥海岸及人工海岸4种类型岸线的解译标志：（1）针对大连基岩海岸，选取色调、颜色、纹理、形状以及位置等作为主要解译标志；（2）针对砂质海岸，因沙滩含水量的不同，选取色调和纹理等作为主要遥感图像解译特征；（3）针对淤泥质海岸，由于滩面宽广，植被疏密不同，以及纹理特征明显，则选取了色调，纹理，光谱特征等作为图像主要的解译标志；（4）针对不同的人工海岸类型，分别选择纹理、色调、形状作为港口码头主要解译标志；选取颜色、形状、色调、相关布局作为养殖区海岸解译标志；选择形状、图型、色调、颜色作为盐田海岸解译标志；以及确定色调、相关布局为城市景观海岸的解译标志，为进一步提取海岸信息，确定海岸线提供特征和依据。

参考文献

[1] 马小峰，赵冬至.海岸线卫星遥感提取方法研究[D].大连：大连海事大学，2007.

[2] 方国智，胡克.基于RS和GIS的辽宁省海岸线百年变迁研究[D].北京：中国地质大学，2009.

[3] 孙伟富，王岩峰，马毅.1978-2009年莱州湾海岸线变迁研究[D]. 山东青岛：国家海洋局第一海洋研究所，2010.

[4] 张汉女，黄方，许江.基于SVM的海岸线提取方法研究[D].吉林长春：东北师范大学，2010.

[5] 谢秀琴.基于遥感图像的海岸线提取方法研究[J].福建地质，2011，31（1）：61-62.