基于多源数据的滨海湿地调查及演变分析

朱晓静（上海泓源建筑工程科技股份有限公司，上海 201707）

近年来，随着我国对环境生态保护的重视，湿地资源的面积削减逐步减缓，生态资源逐步趋于稳定，借助 3 S（Remote sensing、Geographical information system、Global position system）先进技术对湿地科学及生态方面的研究成为目前研究的热点领域。目前湿地的研究，内陆湿地有较多研究资料，如周成新[1]对盘锦市湿地进行调查及动态变化分析；卢晓宁[2]对黄河三角洲湿地景观格局演变规律及驱动因素进行了分析等，但对滨海湿地的研究分析相对较少。在国家高度重视发展海洋经济的背景下，研究滨海湿地资源动态变化，合理利用沿海资源，对国家及地方的发展具有重要的意义。

本文以杭州湾北岸滨海湿地为例，以卫星遥感影像、土地外业矢量图斑及无人机正射影像为数据基础，通过ArcGIS 空间叠置分析，探讨杭州湾滨海湿地类型、面积以及演变分析，为科学管理海洋资源、加强滨海湿地保护、开展近岸海域整治修复类项目提供技术支撑。

1 研究区概况

杭州湾为喇叭口型河口湾形态，西接钱塘江，东濒舟山群岛通东海，北临杭嘉湖平原与长江口毗邻，南岸为三北平原。杭州湾北岸研究区主要是指上海境内段，包括浦东新区（临港）、奉贤、金山三区，西起金山区西界东抵南汇新城的沿海区域，研究区长度 79 km。杭州湾北岸以上海市为腹地，受经济发展的影响，众多港口及大型工程纷纷落建于此，对沿海环境造成较大的影响。

2 数据源及研究路线

2.1 数据源

本文数据主要包括土地变更调查数据（2021 年）、2021 年卫星影像（精度优于 1 m 的影像图）、2021 年无人机航拍数据以及 2019 年杭州湾北岸湿地成果数据。

2.2 湿地分类体系

目前土地分类体系根据利用方式、用途等因素存在不同的分类标准，湿地分类体系也根据不同的土地分类标准存在较大的差异。本研究旨在查清湿地资源的数量、分布、结构等多维度信息，在研究初期选择《全国湿地资源调查技术规程（试行）》湿地分类标准进行分类统计，湿地划分 5 类34 型，将土地变更调查矢量成果中的湿地类型进行转换衔接，形成本研究湿地分类体系。

2.3 基于多源数据的处理方法

收集各类影像数据及外业矢量数据，制作 2021 年度杭州湾北岸湿地数据，套合 2019 年数据进行 GIS（Geographical Information System ）空间数据分析，研究路线如图 1 所示。

图1 研究路线

3 多源数据分析处理

3.1 数据预处理

将多源数据进行标准化处理，统一坐标系统及高程系统。利用 ArcGIS 平台套合 2021 年土地变更调查数据、2019 年杭州湾北岸湿地成果数据、2021 年卫星影像数据进行空间叠加分析，以 2019 年杭州湾北岸湿地数据为基准，确定湿地类型变化及湿地图斑密集区域，进行无人机外业航摄数据采集。对未变化区域，以土地变更调查数据为底图，导入湿地调查类型模型，进行外业实地核查并采集影像信息。

3.2 无人机外业航摄

无人机外业航摄主要基于无人机遥感技术，即利用无人机搭载遥感传感器，结合遥测遥控技术、边缘计算技术、无线通信技术、GIS 地理信息技术和 GPS 定位技术等获取影像数据，并对影像实行同步传输，完成影像数据的处理、建模及分析[3]。本次采用“大疆精灵 4”无人机进行外业影像采集，依据研究区域地形、地貌、自然气候设计航拍方案，设置航摄比例尺、重叠度、航摄时间、航拍高度等因子进行外业航摄，内业采用 PIX 4 软件进行处理生成正射影像图。本次研究共计飞行面积约 9.97 km2。

3.3 分析处理

以研究区范围内 2021 年土地变更调查数据为底图，在GIS 中套合 2021 年卫星影像、无人机正射影像，结合外业数据资料及本研究湿地分类标准，利用人工目视解译法对研究区湿地类型进行修正更新，形成 2021 年杭州湾北岸湿地图斑，因文章幅面有限，选取杭州湾北岸东部及中部部分区域效果图如图 2、图 3 所示。

图2 2021 年杭州湾北岸湿地图斑（东部）

图3 2021 年杭州湾北岸湿地图斑（中部）

3.4 变化检测

在 ArcGIS 平台中以 2019 年杭州湾北岸湿地图斑为基准，标识分析 2019 年与 2021 年杭州湾北岸湿地调查结果，检测出发生变化区域及具体变化的类别信息，得出 2021 年杭州湾北岸湿地变化图斑，直观显示区域变化情况。

4 空间演变分析

4.1 数量变化分析

将 2019 年、2021 年杭州湾北岸各湿地类型在 ArcGIS中进行分类统计，数据见表 1。

表1 杭州湾北岸各湿地类型面积表

由表 1 可知，2019 年杭州湾北岸的湿地面积为55.150 0 km2，2021 年湿地面积为 53.409 8 km2，湿地总数减少1.740 2 km2，其中自然湿地面积减少 1.184 2 km2，人工湿地减少 0.556 0 km2。从数据上看，自然湿地中面积增加部分以浅海水域、草本沼泽面积变化为主，分别增加6.316 0 km2、1.104 2 km2，减少部分以淤泥质海滩、潮下水生层面积变化为主，分别减少 6.715 0 km2、1.184 2 km2，其次是三角洲/沙洲/沙岛面积减少 0.285 1 km2、森林沼泽面积减少 0.253 5 km2，其余面积变化不超过 0.200 0 km2；人工湿地各类型均呈面积减少的情况，稻田/冬水田及水产养殖场面积减少较多，分别为 0.300 7 km2、0.250 9 km2，其余变化量 ＜1 km2。

4.2 动态变化分析

对杭州湾北岸湿地进行土地利用动态变化分析，得出在研究期内各湿地的动态变化，可清楚了解各类湿地的变化速度及规模。结合调查数据，对 2019 - 2021 年杭州湾北岸湿地进行土地利用变化幅度及土地利用类型动态度分析。土地利用变化幅度是指土地利用类型在研究期内面积的变化幅度，可反映区域土地利用变化总态势和土地利用结构变化信息；土地利用类型动态度指在一定时期内某种类型土地利用的变化量情况[4]。表达式如式（1）、式（2）。

其中Ua、Ub分别为土地利用类型初期、末期数量，T为研究时间。表 2 为杭州湾北岸湿地动态变化情况。

表2 杭州湾北岸湿地动态变化情况

由表 2 可知，以土地利用变化幅度及动态度指标来分析，人工湿地变化最大，变化幅度及动态度值分别为-47.51%及-23.75%，面积减少 0.556 0 km2；建设用地变化幅度为 11.47%，年均增加速度为 5.74%，虽近些年对沿海区域湿地及用海严加控制，面积仍增加了 0.468 2 km2；沼泽湿地变化幅度为 10.37%，年均增加速度为 5.18%，面积增加 0.850 7 km2；河流湿地变化幅度为-9.95%，年均减少4.97%，面积减少 0.122 3 km2；近海与海岸湿地面积减少量为 1.912 6 km2，从湿地类型量上变化最大，但由于基础基数较大，变化幅度及动态度相对较小，分别为-4.29%、-2.15%。

4.3 位置转换分析

为直观分析湿地空间位置的变化情况，将杭州湾北岸2019 年、2021 年湿地矢量数据利用 ArcGIS 进行空间相交叠加分析，得到两个时期湿地面积的空间转移矩阵见表 3。

表3 2019—2021 湿地面积转移矩阵单位：km2

由表 3 可知，2019—2021 年杭州湾北岸湿地中近海与海岸湿地面积变化最大，向沼泽湿地转变 1.735 7 km2，向河流湿地转变 0.151 0 km2，向建设用地转变 0.116 9 km2，向人工湿地转变 0.051 4 km2；其次为沼泽湿地，向河流湿地转变 0.634 5 km2，向建设用地转变为 0.281 4 km2，向人工湿地转变 0.102 3 km2；人工湿地向河流湿地转变0.250 2 km2，向建设用地转变 0.043 1 km2，向沼泽湿地转变 0.343 5 km2；建设用地转变相对较少，分别向河流湿地转变 0.001 3 km2，向近海与海岸湿地转变 0.058 5 km2，向沼泽湿地转变 0.011 4 km2。

4.4 景观格局分析

景观格局指大小和形状各异的景观要素在空间上的排列和组合，景观格局指数能高度浓缩景观格局的信息，反映其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标，通过对景观格局指数的分析，可在一定程度上从空间格局反应景观系统功能的变化和空间结构的度量化[5]。考虑杭州湾北岸湿地从斑块数量形状及镶嵌结构等因素进行分析，同时借鉴往期学者研究资料[1,5-7]，选取7个景观水平指标，运用 Fragstats 4.2 软件进行分析，计算得出景观水平指数见表 4。

表4 2019年、2021 年杭州湾北岸湿地景观水平指数

由表 4 可知，2019 年至 2021 年杭州湾北岸湿地空间格局变化情况：斑块密度指数（PD）增加，说明斑块破碎化提升，景观空间的异质性增加；最大斑块指数（LPI）减少，说明杭州湾北岸最大斑块近海与海岸湿地面积有所减少；景观形状指数（LSI）增大，表明在人类活动的影响下，斑块形状更加复杂化；蔓延度指数（CONTAG）下降，表明斑块的团聚程度和延展趋势下降，斑块趋于破碎化；散布与并列指数（IJI）增加，说明景观各斑块相邻类型增加，相邻景观类型丰富度提升；香农多样性指数（SHDI）与香农均匀度指数（SHEI）均略有增加，表明各类型斑块趋于均衡化分布，所占比率也趋均匀化，但整体变化不大。

5 结 语

本文借助现代遥感影像和 GIS 技术，采用土地利用结构变化、构建空间位置转换模型及景观格局指数等方式，在时空序列及空间尺度上进行演变分析，总体展现杭州湾北岸湿地变化情况，为杭州湾北岸湿地资源景观动态分析提供数据资料。数据分析显示，2021 年比 2019 年杭州湾湿地面积总体趋于减少，近海与海岸湿地类型减少量最大，近海与海岸湿地向沼泽湿地变化，自然湿地间相互转化较为密切，杭州湾北岸湿地呈现斑块破碎化及景观空间异质性增加、景观各类型呈均衡化分布的趋势。

由于研究区湿地资源数据有限，研究时间跨度较短，在时空序列及空间演变分析方面存在一定的局限性，后期积累一定时期的数据资料、改善研究方法以获取更加精准专业数据，为合理利用滨海资源、有效保护滨海生态提供有价值的参考。