基于高分辨率影像的广东省国家级自然保护地人类活动遥感监测*

樊 晶 杨志刚 郭盛才 徐期瑚 黎颖卿 苏雅丽

(广东省林业调查规划院,广东 广州 510520)

保护自然资源和生态环境是自然保护地管理的第一要务。广东省贯彻落实《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》[1]，正在构建布局合理、类型齐全、功能完善的特色自然保护地体系[2-3]。但自然保护地与周边的经济利益冲突严重，不断受到矿产资源开发、能源开发、交通开发和旅游开发等人类活动的影响[4-5]。目前自然保护地人类活动监测主要方式为观测站监测和人工巡视[6]，利用遥感监测方法识别和诊断自然保护地人类活动的空间分布及其影响程度，对科学建立自然保护地资源保护、生态监测、风险预警于一体的监测体系，缓解自然保护地的经济发展与生态保护之间矛盾具有重要意义[7]。

自然保护地人类活动研究多集中于单个自然保护地或单一自然保护区类型[8-13]，鲜有在省域尺度上全面开展自然保护地人类活动遥感监测与评价工作。刘晓曼等[14]基于遥感监测与实地核查相结合的技术，构建了集目标、内容、指标、流程为一体的自然保护区人类活动天地一体化监管与评价的技术体系，提出了自然保护区人类活动影响评价方法和模型。顾羊羊等[15]基于Landsat 影像数据,分析1990-2018 贵州省沅江源自然保护区生境质量变化情况。潘晨等[16]利用人为干扰度模型, 研究了升金湖国家级自然保护区1995、2006和2017 年人类干扰强度时空分异特征以及对景观格局的影响。

国家级自然保护地是推进生态文明、构建生态安全屏障、建设美丽广东的重要载体。因此开展国家级自然保护地人类活动遥感监测，实时评估预警自然保护地生态环境状况十分必要。本文基于2020 年高分辨率卫星影像数据和2019 年的基础影像数据，通过人机交互式解译对广东省7类94 处国家级自然保护地人类活动进行遥感监测，为自然保护地日常监管和中央环保督查等提供技术支撑和问题线索，对及时预警我省国家级自然保护地生态风险，差异化制定生态保护政策具有重要意义。

1 研究区概况

研究区范围为广东省7 类94 处国家级自然保护地（图1），总面积约为984 474.77 hm2。其中自然保护区15 处，森林公园27 处，湿地公园27处，地质公园10 处，风景名胜区8 处，海洋公园6 处，石漠公园1 处，其具有极高的科研价值和保护意义。

图1 2020 年广东省国家级自然保护地位置分布示意Figure 1 National nature geographical distribution map of Guangdong Province

2 数据源与方法

2.1 数据源

遥感数据源的质量对遥感影像信息提取有很大影响。本文数据源是GF-1、GF-2、GF-6、ZY-3、ZY-02C 卫星影像，分辨率为2 m 或1 m，由于数据分布不均匀、质量参差不齐，首先对采集的原始卫星图像进行筛选，选择单景影像平均云量小于10%，重点监测区域尽量没有云覆盖的影像作为基础数据源，然后对基础数据源进行波段组合、几何精校正、图像镶嵌与图像裁切等处理手段以提高卫星图像对比判读精度。

2.2 解译判读

依据《自然保护区人类活动遥感监测及核查处理办法（试行）》[17]和《自然保护地人类活动遥感监测技术规范》[18]，判读前后期卫星影像色调、形状、位置、大小、阴影、纹理等差异，采用人机交互目视解译方法提取人类活动动态变化信息。提取人类活动类型包括矿产资源开发、工业开发、能源开发、旅游开发、交通开发、养殖开发、其它活动、森林采伐、森林火灾、造林修复10 种类型，见表1。通过人类活动在遥感影像中表现出的地物特征，进行综合分析，判断人类活动所属类型。按照图斑类型单一的原则勾绘人类活动图斑，勾绘边界按照人类活动点在遥感影像中表现的最大边界范围进行勾绘，获取不同类型人类活动的空间位置、面积、所在功能分区等信息（图2）。解译判读结果保存为shp 格式。利用ArcGIS将自然保护地矢量图层与解译图层叠加，统计不同类型自然保护地每种人类活动的数量面积，所在的功能区和中心点经纬度。解译判读结果主要包括：人类活动类型、前后影像拍摄时间、中心点位坐标、面积等信息。

图2 广东省国家级自然保护地人类活动判读结果示例Figure 2 The sample diagram of human activities interpretation results in Guangdong national nature protection

表1 广东省自然保护地人类活动类型Table 1 The type of human activity in Guangdong

2.3 评价方法

参考《自然保护区人类活动遥感监测技术指南(试行) 》[19]，计算各自然保护地人类活动影响指数，并对广东省国家级自然保护地人类活自然保护地人类活动影响进行分级评价，评价模型如下：

NRHI=( a1b1x1+a2b2x2+……+ai bi xi )/x

其中，NRHI 为自然保护地人类活动影响指数，xi为人类活动类型的面积，x为自然保护地的总面积。ai和bi为权重, 其中ai根据每一类人类活动斑块所在的功能区来确定，自然保护区核心区、缓冲区、实验区的人类活动影响权重依次确定为0.6、0.3、0.1[18]，自然公园人类活动影响权重经过专家咨询确定0.1。bi根据不同人类活动类型对自然保护地的影响程度来确定，见表2。

表2 不同类型人类活动对自然保护地的影响权重Table 2 The different types weight tables influencing factors of natural protected areas

3 结果与分析

3.1 不同类型自然保护地监测结果

以2019 年基础影像为底图，利用2020 年高分辨率影像，通过对比判读人类活动，结果表明2019—2020 年广东省94 处国家级自然保护地存在人类活动保护地共有57 处，涉及人类活动变化斑块272 处, 总面积为770.25 hm2,占国家级自然保护地总面积的0.08%。由表3 可知，不同类型自然保护地人类活动表现为：森林公园＞地质公园＞湿地公园＞风景名胜区＞自然保护区＞风景名胜区＞风景名胜区＞海洋公园＞石漠公园。森林公园人类活动变化涉及21 处131 个斑块, 面积为356.26 hm2, 占此次人类活动遥感监测变化总面积的46.33%；地质公园、湿地公园、风景名胜区和自然保护区人类活动变化斑块数量均在20 个以上, 面积分别为163.39 hm2、147.78 hm2、83.74 hm2、15.03 hm2; 海洋公园和石漠公园人类活动变化斑块数量均在10 个以下，变化面积分别为2.56 hm2、0.84 hm2。自然保护区核心区、缓冲区和实验区均存在不同程度的人类活动。核心区涉及6 个斑块，面积为8.16 hm2；实验区涉及10个斑块，面积为5.16 hm2；缓冲区涉及6 个变化斑块，面积为2.41 hm2。因此，应分类施策，针对不同类型保护地，差别化制定保护地保护与利用政策。森林公园需加强林地保护，采取相应的生态修复措施降低人类活动多森林公园的干扰；地质公园需严禁矿产资源开发；湿地公园需加强水质监测，防控结合，提升湿地公园的自我修复能力；风景名胜区需确定重点保护的分区和有限开发区、分级分区限制人类活动；自然保护区需按照《指导意见》划定核心保护区和一般控制区，核心保护区应严格保护，一般控制区允许适度的科研监测和科普宣教等活动。

表3 广东省各类型国家级自然保护地人类活动统计Table 3 The statistical graph of different national nature protection human activity statistics in Guangdong

3.2 人类活动类型的判读结果

由表4 可知，2019-2020 年广东省国家级自然保护地人类活动变化类型包含矿产资源开发、旅游开发、交通开发、养殖开发、其它活动、森林采伐、森林火灾和造林修复，以森林采伐和其它活动为主, 其次为养殖开发、交通开发、造林修复和旅游开发，矿产资源开发和森林火灾相对较少。研究范围内并未判读到工业开发、能源开发的人类活动变化类型。

表4 广东省各类型国家级自然保护地人类活动类型统计Table 4 The statistical graph of human activity type in national nature protection

从数量特征看, 其它活动和森林采伐数量较多, 其变化图斑数量分别为116 个和82 个, 分别占广东省国家级自然保护地人类活动变化总数的42.65%和30.15%; 其次是交通开发、旅游开发和养殖开发，其变化图斑数量分别为24 个、22 个和21 个, 分别占广东省国家级自然保护地人类活动变化总数的8.82%、8.09%和7.72%；造林修复、矿产资源开发和森林火灾数量较少，其变化图斑数量分别为4 个、2 个和1 个, 分别占广东省国家级自然保护地人类活动变化总数的1.47%、0.74%和0.37%。

从面积特征看，森林采伐和其它活动面积较大, 其面积分别为362.95 和216.90 hm2,分别占广东省国家级自然保护地人类活动变化总面积的47.12%和28.16%；其次是养殖开发、交通开发、造林修复和旅游开发，其面积分别为82.09、45.64、39.64 和20.99 hm2,分别占广东省国家级自然保护地人类活动变化总面积的10.66%、5.92%、5.15%和2.73%；矿产资源开发和森林火灾面积较小，其面积分别为1.33 和0.71 hm2,分别占广东省国家级自然保护地人类活动变化总面积的0.17%和0.09%。结合广东省生态红线和广东省自然保护地发展规划等政策文件，规范监管自然保护地人类活动，在保护强度和生态价值不明显降低的前提下，各级各类自然保护地允许适度规模的森林采伐和其它活动。

图3 不同类型自然保护地人类活动影响因子面积比重Figure 3 The area proportion figure of affecting factors in protected natural areas

从分布特征看, 矿产资源开发涉及2 处自然保护地，旅游开发涉及10 处自然保护地，交通开发涉及14 处自然保护地，养殖开发涉及8 处自然保护地，其它活动涉及38 处自然保护地，森林采伐涉17 处自然保护地，森林火灾涉及1 处自然保护地，造林修复涉及4 处自然保护地。由图4 可知，不同类型自然保护地人类活动变化类型差异较大，自然保护区、海洋公园和石漠公园人类活动变化以养殖开发和森林采伐为主，森林公园、地质公园和风景名胜区以森林采伐为主，湿地公园以其它活动为主。

3.3 自然保护地人类活动影响评价

人类活动影响指数可以直观反映人类活动对保护地的影响程度[2]。人类活动影响评价结果显示，2020 年广东省94 处国家级自然保护地的NRHI 数值范围为0～0.0003, 通过对自然保护地各斑块人类活动进行分类统计汇总，得到自然保护地内不同类型人类活动所产生的干扰强度指数。广东省国家级自然保护地2020 年人类活动的影响程度划分5 个等级：剧烈（NRHI ＞ 0.000 1）、明显（0.000 01 ＜ NRHI ≤ 0.000 1）、较明显（0.000 001＜ NRHI ≤ 0.000 01）、一般（0.000 000 01 ＜ NRHI ≤0.000 001） 和 轻 微（0 ＜NRHI ≤ 0.000 000 01）。不同等级保护地数量分别为3 处、16 处、25 处、13 处和37 处, 分别占广东省国家级自然保护地 总 数 的3.19%、17.02%、26.60%、13.83% 和39.36%。如图4 所示，珠三角地区自然保护地人类活动对其的影响程度明显大于粤东地区、粤北地区、粤西地区,可能人类活动的影响程度与人口密度和经济发展状况相关。

图4 2020 年广东省国家级自然保护地人类活动影响指数NRHI 分布Figure 4 The human activity NRHI distributing graph of protected natural areas in 2020

4 结论与讨论

遥感监测提取是实现自然保护区人类活动快速判读的重要技术方法。本文基于2020 年GF-1、GF-2、GF-6、ZY-3、ZY-02C 高分系列遥感影像数据，解译提取广东省94 处国家级自然保护地的人类活动变化图斑，实现了自然保护地人类活动信息的快速精确提取，对国产高分辨率遥感影像在自然保护地有效地监管的实际应用和推广具有推动意义。

广东省94 处国家级自然保护地均存在不同程度的人类活动。监测到人类活动共有57 处自然保护地, 涉及272 个变化斑块, 总面积770.25 hm2, 占自然保护地总面积的0.08%，远远低于2018 年河北省省级自然保护区人类活动的13.95%[8]和山东省省级自然保护区的22.2%[3]。可能的原因是国家级自然保护地的管理基础、管理措施和管理成效比省级自然保护地好。不同类型自然保护地人类活动干扰程度有所不同。森林公园人类活动较强,其次为地质公园、湿地公园、风景名胜区和自然保护区, 海洋公园和石漠公园人类活动较弱。人类活动变化类型以森林采伐和其它活动为主，其次为养殖开发、交通开发、造林修复和旅游开发。广东省国家级自然保护地人类活动的影响程度总体不明显。影响程度一般和轻微的保护地数量50处，超过自然保护地总数的一半，影响程度较明显为25 处，影响程度明显的为16 处，影响程度剧烈的仅为3 处。人类活动对自然保护地影响程度与人口密度和经济发展状况密切相关，总体上呈现珠三角地区人类活动强度明显大于粤东地区、粤北地区、粤西地区，这与栾卓然[8]的研究结果类似。

本文在《自然保护地人类活动遥感监测技术规范》规定的矿产资源开发、工业开发、能源开发、旅游开发、交通开发、养殖开发、其它活动7 类人类活动类型的基础上，结合全省自然保护地实际情况，增加了森林采伐、森林火灾、造林修复3 类人类活动类型，依据《自然保护区人类活动遥感监测技术指南(试行) 》，第一次提出自然公园人类活动影响指数计算模型。后续的研究应当增加不同年份自然保护地人类活动遥感监测，综合性分析人类活动时空变化，全面揭示人类活动对自然保护地的动态影响，逐步建立自然保护地人类活动遥感监测数据库。