基于高分遥感影像和矢量数据的海域使用现状调查与分析

李阳　关纯安　刘浩　贺志鹏　岳英洁

摘要：海域使用现状调查涉及的信息既包括自然空间信息又包括海域管理相关的信息，本文立足于全面、准确获取山东省管辖海域使用现状，以海域权属矢量数据为基础，叠加空间分辨率等于或优于2m的卫星影像，在ArcGIS中进行目视解译，判断用海方式、用海类型、使用现状、利用现状，经过现场补充调查后最终形成海域使用现状矢量数据。利用现场调查和遥感解译的成果，构建误差矩阵，对遥感解译的用海方式、用海类型进行精度评价，得到总体精度均能达到98%，能够满足海域管理的需要。根据《资源环境承载能力监测预警技术方法（试行）》对山东省海域的开发强度进行评价，全省海域开发强度总体适宜。

关键词：海域使用；现状调查；遥感解译；精度评价；开发强度；山东省

中图分类号：P237文献标识码：Adoi：10.12128/j.issn.16726979.2023.06.008

0引言

山东省拥有丰富的海岛、港口、沙滩、湿地、矿产、油气、生物、海洋能、旅游等资源，2019年山东省实现海洋生产总值1.46万亿元，居全国第二位，占全省地区生产总值比重的20.5%，占全国海洋生产总值的比重达到16.3%；2020年山东海洋产业产值占到全国海洋总产值的近20%。新时代我国海洋开发保护理念发生根本性变革，以生态文明为导向成为我国海洋开发保护的基本方针。新形势下的海域管理需要全面、精准掌握海域使用现状，严格管控围填海活动，保护海洋生态环境。王江涛等［1］从海域空间资源使用程度、结构和效益等方面，分析了环渤海地区的海域空间资源使用现状和供给情况；杜培培等［2］从海域空间开发利用结构、分布格局、空间利用现状水平等方面对莱州湾海域空间开发利用现状进行综合分析与评价；陈斌等［3］以确权数据为基础，综合分析了山东省海洋空间使用现状的特点以及存在的问题；王秀萍等［4］利用遥感影像对江苏省海域使用现状、海域分布规律等进行研究。

目前针对莱州湾或者环渤海的海域资源、环境及使用情况的研究较多，覆盖全山东省管辖海域的使用现状调查研究较少，未能全面反映山东省整体的海域使用情况，且目前的海域使用现状研究均未反映海域使用的真实情况，大部分研究成果的数据源以海域使用管理公报中的海域使用确权数据为主，未考虑未取得海域权属的用海情况，也有部分研究成果以遥感影像提取的用海信息为主，但未能反映海底部分海域的使用情况。本文提出以海域权属矢量数据为基础，利用高分辨率遥感影像进行目视解译，通过现场调查补充解译存疑的情况并验证了遥感解译的精度，获取真实、全面的海域使用现状，并对山东省海域的开发强度进行了分析评价，掌握真实的海域使用现状和开发强度，为新形势下的海洋开发和保护提供数据参考。

1区域概况

1.1调查范围

以《山东省人民政府关于山东省海岸线修测成果的批复》（鲁政字﹝2008﹞174号）公布的海岸线至《山东省海洋功能區划（2012—2020年）》的外部边界线之间的山东省管辖海域，总面积4.73万km2。

1.2统计现状

根据山东省海域确权现状统计，截至2019年底，全省已确权用海为1.26万宗，面积82.75万hm2，占管辖海域的17.5%，主要分布在威海、烟台、潍坊、东营等海域，相比而言，滨州、青岛、日照海域确权用海面积较小。

第39卷第6期山东国土资源2023年6月第39卷第6期技术方法2023年6月2海域使用现状调查

2.1数据准备

2.1.1遥感影像数据及预处理

收集当年4～10月之间覆盖全省海域的分辨率等于或优于2m的卫星影像，主要为国产高分卫星和资源卫星影像数据。利用影像参数、控制资料以及高程数据，对遥感影像数据进行纠正、配准、波段融合、影像镶嵌、匀色等处理，最后按照制作要求进行分块裁切，完成自然真彩色的遥感数据底图生产［57］。

2.1.2海域权属数据及预处理

海域权属数据来源于国家海域动态监视监测管理系统，获取系统中当年10月1日前山东省海域权属数据，首先进行WGS84坐标系与2000国家大地坐标系的坐标系转换，其次对现状权属数据进行筛选和整理，形成最终版的海域权属数据。

2.1.3其他数据

海岸线数据采用现行的山东省人民政府公布的管理海岸线，海洋相关规划数据主要包括省、市级海洋功能区划数据，海域界线数据包括调查范围内省际、县际海域界线。

2.2调查方法

现阶段应用在实际生产的遥感影像解译方法，主要包括人工目视解译、基于像元的解译和面向对象的解译方法［812］。

本文要进行的海域使用现状调查，需要从海域中提取陆地、堤坝、池塘等，并对其用海方式、用海类型进行甄别，难点不在于将用海地物从海水水域中提取出来，而在于如何将提取出的用海地物根据管理需求进行属性判断［1314］，而基于像元或者面向对象的遥感分类方法在判断用海方式或用海类型时均具有较高的难度，属性判断需要丰富的经验和综合推理分析，因此本文选用人工目视解译的方法。以海域权属数据为基础，对于海水表面有明显固定边界可通过目视解译提取的用海采取遥感解译为主、现场调查为辅的方式获得，对于海水表面无明显固定边界及无法目视解译的海域底部用海，包括开放式养殖、底播养殖、海底电缆管道等采用海域权属数据，将两者合并作为完整的海域使用现状数据，根据海域的使用和实际利用情况进行图斑划分并赋属性值。具体技术路线如图1所示。

2.2.1建立数据库

新建遥感解译现状矢量图层；将海域权属数据在ArcGIS中根据“用海方式”属性分成两部分，全部开放式用海、海底电缆管道、取排水口、污水达标排放用海，作为权属现状数据矢量层，其余海域权属数据作为遥感解译的参考矢量图层，在ArcGIS中将作为参考数据的权属数据复制到新建的遥感解译现状图层中，仅保留新建图层中的字段。

2.2.2属性字段设计

遥感解译现状矢量图层中，设置“DSMC”“QXMC”“YJYHLX”“EJYHLX”“YJYHFS”“EJYHFS”“SYXZ”“LYXZ”“YHMJ”9个字段［15］。其中“使用现状”“利用现状”为海域使用现状调查中新设置的字段，对于确权的海域来说，根据确权的用海方式使用现状划分为“填海造地已填成陆”“构筑物已完成”“围海已完成”等11种状态，对应设置11种编码，利用现状根据是否有实际的生产、建设、开发活动分为“已利用”“未利用”等6种状态，对应设置编码；对于确权海域范围外的用海使用状态定义为“新增填海造地”“新增构筑物”“新增围海”“新增其他方式”，利用状态同确权海域的划分方法（表1）。

2.3遥感解译

根据海域使用分类、海域使用遥感判别指南［12］，利用处理后的DOM影像及海域动态监视监测的现场照片和经验构建解译标志库，根据解译标志对作业区遥感影像进行目视解译，根据《海域使用分类体系（HY/T123—2009）》对图斑赋一级用海方式、二级用海方式、一级用海类型、二级用海类型的属性值；根据海域按照省政府批复的用海方式进行建设完成的状态，分割图斑并赋使用现状属性值，根据有无生产、运营、开发等经营活动的状态，分割图斑并赋利用现状属性值。

保证勾绘结果不重不漏，图斑严格闭合、无拓扑错误（无自相交、重叠和空隙），公共边只矢量化一次，无锯齿状边界线。围填海信息提取比例尺不低于1∶5000，构筑物、养殖用海信息提取比例尺不低于1∶10000。

截至2020年10月1日，国家海域动态监视监测管理系统中海域现状权属矢量数据有19180块图斑，根据高分卫星影像遥感解译新增图斑1593块，在ArcGIS中将遥感解译新增矢量与海域现状权属矢量合并，根据使用现状和利用现状分割后，最终得到2020年海域使用现状矢量数据共30047块图斑。

2.4现场调查

2.4.1遥感解译存疑图斑补充调查

海域使用现状调查按照先整体后局部、由粗到细、由易到难的原则，结合了海域管理的经验进行推理和综合分析，尽最大限度地完成解译工作，但仍然有少部分图斑用海方式或用海类型无法确定，或者受影像质量限制暂定为存疑图斑，这是不可避免的，需要进行现场补充调查，完善存疑图斑的属性信息。

2020年海域使用现状遥感解译最终存疑图斑159个，现场核实后修正图斑23个。图斑属性修改主要有以下几种情况：

（1）干涸的养殖池塘解译为填海造地，主要分布在滨州、东营。

（2）自然沙滩或礁石解译为填海造地，主要分布在烟台、威海。

（3）靠岸大型船只、运输平台、移动浮桥等解译为填海造地或者构筑物，主要分布在日照、烟台。

2.4.2遥感解译结果现场验证

从遥感解譯的1593块新增用海图斑中沿海岸线随机选取500个验证点进行现场调查，确认其所在图斑的用海类型；沿海岸线随机选取500个验证点进行现场调查，确认其所在图斑的用海方式；从最终30047块海域使用现状图斑中沿海岸线随机选取1000个验证点进行现场调查，确认其所在图斑的利用状态。

3解译精度评价

遥感影像分类精度评价是进行遥感影像分类解译非常重要的步骤之一，分类精度评价是验证分类数据是否有效的关键，不经过精度验证的数据会缺乏实际利用价值，分类的结果也是没有意义的［1618］。

3.1精度评价方法

海域使用现状调查遥感解译矢量数据结果精度评价主要针对图斑用海类型、用海方式属性的准确度和面积准确度进行分析和评价。

在ArcGIS软件中定性和定量相结合的方法来检查精度。定性检查主要通过目视检查的方法判断图斑边界与影像的吻合度、图斑划分精细度以及图斑属性判断的正确性。定量检查方法目前主要是基于混淆矩阵实现［1516］，通过混淆矩阵计算出总体精度、用户精度及生产者精度等定量化指标，其中，总体精度是表示分类总体精度情况的指标，用户精度及生产者精度等则是表示单个类别分类情况的指标，从而实现对分类结果的定量化分析。

3.2解译精度评定结果

遥感解译图斑（新增填海造地、新增构筑物、新增围海、新增其他方式）共1593块，在ArcGIS中叠加勾绘图斑和影像，目视检查图斑边界与影像的吻合程度、图斑划分精细度（图2），检查率为100%，其中图斑边界划分合理的图斑数为1573块，面积44896.91hm2，精度计算如表2。

对新增的1593块图斑需要确认9个一级用海类型（渔业用海、工业用海、交通运输用海、旅游娱乐用海、造地工程用海、特殊用海、其他用海）及4个一级用海方式（填海造地、构筑物、围海、其他方式）的准确性，沿海岸线分散抽取500个检验点，建立混淆矩阵，计算解译结果精度。建立误差矩阵如表3、表4。

综上，遥感解译总体精度均达到98%。可见，利用目视解译的方法，参照周边大量的海域权属数据，结合丰富的海域动态监视监测和管理经验，对于新增的用海图斑出现用海方式和用海类型误判的概率是较低的。

4山东省海域使用现状分析

4.1海域使用现状统计

2020年度山东省海域使用现状总面积为1.07万km²，用海方式中以开放式用海为主，约占海域使用总面积的77%，其次为围海占比约为15%，填海造地占比约为7%，构筑物用海和其他方式用海占比均不足1%；用海方式呈现沿海岸线向海为“填海造地—开放式”和“围海—开放式”的带状分布规律（图3）。

山东省海域用海类型以渔业用海为主，约占海域使用总面积的87%，其次为工业用海，占比约为5.8%，造地工程用海占比约为2.8%，交通运输用海占比约为1.8%，其余用海类型占比均不足1%。

4.2海域开发强度

海域开发强度主要表征海域空间对海域开发利用活动的承载程度。本文基于《资源环境承载能力监测预警技术方法（试行）》（以下简称《方法》）中的指标参数和阈值标准，分析山东省海域的资源环境承载能力，以不同类型用海活动的规模及其资源耗用系数为度量值，以《山东省海洋功能区划（2011—2020年）》确定的海域开发利用允许程度为标准，构建海域开发强度指数［1921］。

4.2.1海域开发资源效应指数

4.2.2山东省海域空间开发利用标准

4.2.3海域开发强度指数

5结语

（1）2020年山东省海域使用现状涵盖了《海域使用分类体系（HY/T123—2009）》中所有一級用海方式和一级用海类型，且仍然存在未确权用海的情况，用海方式以开放式用海为主，用海类型以渔业用海为主。

（2）山东省海域开发资源效应指数为0.073，以《山东省海洋功能区划（2011—2020年）》确定的山东省海域空间开发利用标准为0.515，山东省海域开发强度值为0.142，全省海域开发强度适宜。但由于开放式养殖和人工鱼礁等对海洋资源影响较小的用海活动占全省用海的绝大部分，因此管辖海域的平均海洋资源耗用系数小于功能区允许的平均开发程度，导致全省管辖海域的整体资源承载能力较高，但紧邻海岸线分布的开发利用活动主要为填海造地、围海等资源耗用系数较高的用海活动， 建议严格落实《海岸线保护与利用管理办法》建立海岸线分类保护与综合管理机制。

（3）本文基于高分辨率遥感影像和海域权属矢量数据，弥补了单独以海域使用统计数据或遥感解译结果来进行海域使用分析的不足，通过现场调查补充了解译存疑的情况，验证了遥感解译的精度。工作方法总体精度较高，流程设计合理，能够满足海域管理的需要，可以为开展常态化的海域使用现状调查工作提供参考。但因卫星数据源、解译技术等限制，开放式养殖用海、底播养殖等用海信息难以准确获取，其提取方法有待进一步研究，以更完整、准确的反映海域使用现状。

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.Investigation and Analysis of Present Situation of Sea Area Use

Based on High Resolution Remote Sensing Images and Vector Data

——Taking Jurisdictional Sea in Shandong Province as an Example

LI Yang GUAN Chun'an LIU Hao HE Zhipeng YUE Yingjie

（1. Shandong Freshwater Fisheries Research Institute， Shandong Ji'nan 250013， China; 2. Shandong Provincial Institute of Land Spatial Data and Remote Sensing Technology （Provincial Sea Area Dynamic Monitoring Center）， Shandong Ji'nan 250002， China; 3. Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Limited Corporation， Shandong Ji'nan 250014， China）

Abstract：The information involved in the survey of present situation of sea area use includes natural spatial information and information related to sea area management. In this paper， in order to obtain present situation of sea area use in Shandong province comprehensively and accurately， based on sea area ownership vector data， overlaying satellite images with spatial resolution equal to or better than 2m， carrying out visual interpretation in ArcGIS， and determining the type， pattern， present situation of use and utilization， the vector data of sea area use has been finally formed after on-site supplementary survey. By using the results of field survey and remote sensing interpretation， the error matrix has been constructed， the accuracy of the sea use methods and types of remote sensing interpretation have been evaluated. The overall accuracy can reach 98%， the survey methods and results can meet the needs of comprehensive management of sea areas. According to "Technical Methods for Monitoring and Early Warning of Resources and Environment Carrying Capacity （Trial）" ，  the development intensity of sea areas in Shandong province has been evaluated. It is regarded that the development intensity of sea areas in the whole province is generally appropriate.

Key words：Sea area use; survey on present situation; remote sensing interpretation; accuracy assessment; intensity development; Shandong province