1、文章编号:0494-0911(2011)03-0041-04 中图分类号:P237 文献标识码:B不同类型海岸线遥感解译标志建立和提取方法研究孙伟富1，马 毅1，2，张 杰1，2，刘善伟1，任广波1(1 国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛 266061; 2 海洋环境科学与数值模拟国家海洋局重点实验室，山东青岛 266061)Study of Remote Sensing Interpretation Keys and Extraction Technique ofDifferent types of ShorelineSUN Weifu，MA Yi，ZHANG Jie，LIU Shanwei
2、，REN Guangbo摘要:传统的海岸线现场测量方式费时费力，且个别地区难以到达，遥感技术的出现为海岸线的获取提供了重要手段，可弥补传统方式的不足。应用SPOT 5 影像，通过野外实地踏勘获取的现场资料及经验，分析各种海岸类型在影像中的特征，从颜色、纹理、地物邻接关系等方面建立海岸类型的遥感解译标志，提出基岩岸线、砂质岸线、粉砂淤泥质岸线、生物岸线和人工岸线的提取原则。经与实测岸线对比，海岸线解译标志和提取原则获取的海岸线在细节上更加合理、准确。关键词:遥感;海岸线提取;解译标志收稿日期: 2010-05-05基金项目: 高技术研究发展计划“863”(2009AA121403);我国近海海洋
3、综合调查与评价专项( 908-01-WY02、908-01-WY06、908-01-WY08)共同资助作者简介: 孙伟富(1983)，男，山东招远人，硕士生，主要研究方向为海洋遥感应用。一、引 言海岸线是陆地与海洋的分界线，在我国是指多年大潮平均高潮位时的海陆分界线1。海岸线与海岸保护及利用、海域使用、海洋执法等活动密切相关，是海岸带综合管理的基础数据。传统的海岸线获取方法主要基于常规测量手段，通过测量拐点坐标，顺序连接后形成岸线。实测拐点的疏密在一定程度上影响了所获取的海岸线位置的准确性，特别是一些淤泥质潮滩和陡崖海岸，拐点测量困难或无法到达。另外，常规测量手段耗时较长，人力物力消耗巨大。遥
4、感具有大范围同步、高效、经济的优点，尤其是高分辨率遥感具有较高的空间分辨率和定位精度，可弥补常规海岸线测量方法的不足。国内外学者对基于遥感手段的海岸线信息提取方法开展了大量的研究，可以归纳为两类:第一类是瞬时水边线的提取2-6，第二类是基于严格定义的海岸线提取7-8。第一类研究把海岸线和瞬时水边线混淆，没有考虑潮汐的变化对其所谓“岸线”位置的影响;第二类研究考虑了海岸线与潮汐的关系，但没有给出具体的海岸线遥感解译标志及提取原则。我国近海海洋综合调查与评价专项(简称908专项)设置有海岛海岸带卫星遥感调查任务，海岸线是其主要调查内容之一。该任务将海岸线类型划分为基岩岸线、砂质岸线、粉砂淤泥质岸线
5、、生物岸线和人工岸线等五类，本文基于908 专项获取的SPOT 5 影像，通过野外实地踏勘，分析各种海岸类型在影像中的构象特征，从颜色、纹理、地物邻接关系等方面建立海岸类型的遥感解译标志，提出上述五类岸线的提取原则，并与实测岸线进行对比。二、数据源本文应用的SPOT 5 卫星遥感影像数据，其全色和多光谱影像空间分辨率分别为2 5 m 和10 m，包括近红外、红、绿、短波红外等四个波段，利用主成分分析的方法进行融合。基于信标差分 GPS 采集的亚米级控制点和1 50 000 万比例尺 DEM 数据，对全色和多光谱影像的融合数据进行正射校正，校正后影像的平面定位精度优于5 m。三、海岸线遥感解译标
6、志和提取原则基于校正后的SPOT 5 融合影像，通过野外实地踏勘，以近红外、红、绿波段组合后的假彩色影像为例，从色彩、纹理、地物邻接关系等方面建立不同海岸类型的遥感解译标志，提出基岩岸线、砂质岸线、粉砂淤泥质岸线、生物岸线和人工岸线等五类岸线的提取原则。1 基岩岸线基岩岸线位于基岩海岸之上，基岩海岸由岩石142011 年 第3 期 孙伟富，等:不同类型海岸线遥感解译标志建立和提取方法研究组成，常有突出的海岬和深入陆地的海湾，岸线比较曲折。基岩海岸有明显的起伏状态和岩石构造，在北方常有海珍品养殖池，近岸水深较大，在遥感影像上颜色较深，破波带呈亮白色(见图1 中 a 点)，近岸礁石呈灰白色，分布散
7、乱，且亮度不均，纹理粗糙(见图1 中 b 点)，海岸养殖池一般呈块状分布，颜色近于海水(见图1 中c点)。海岸植被根据不同的长势呈浅红色或暗红色(见图1 中 d 点)，裸岩呈灰白色(见图1 中 e 点)，建筑物的亮度较高，呈白色(见图1 中f点)。在影像中，基岩岸线的位置应在明显的水陆分界线上(图1 中黑线)。礁石、破波带以及养殖区等位于岸线的向海一侧;植被、裸岩和建筑物等应位于岸线向陆一侧。图1 基岩岸线2 砂质岸线砂质岸线位于砂质海岸上，砂质海岸常分为一般砂质海岸和具有陡崖的砂质海岸两类9。下面就这两种海岸给出砂质岸线的遥感解译标志。1) 砂质海岸一般比较平直，海滩上部因大潮潮水搬运，常常
8、堆积成一条与岸平行的脊状砂质沉积滩脊9。滩脊的位置即为海岸线位置，一般在干燥的砂滩下限处，堆积成一条痕迹线。海岸的干燥滩面光谱反射率较高，在影像上表现为白亮的区域(见图2 中a点)，滩脊痕迹线处堆积有植物碎屑、杂物等，亮度较低(见图2 中 b 点)，海水的光谱反射率较低，含水量较高的砂滩光谱反射率也较低，在影像上表现略暗(见图2 中c点)。在遥感影像中，砂质岸线的位置应取在滩脊痕迹线上限处(见图2 中黑线)。2) 具有陡崖的砂质海岸一般无滩脊发育，海滩与基岩岸直接相邻9，陡崖有明显的基岩海岸纹理特征，其影像表现如上所述，陡崖下部滩面长期被海水浸没，含水量高，在影像上显示为灰色或灰白色，纹理平滑
9、(见图3 中a点)。图2 一般砂质海岸在遥感影像中，这类海岸线位置应位于陡崖基部与沙滩的交线上(见图3 中黑线)。图3 具有陡崖的砂质海岸3 粉砂淤泥质岸线粉砂淤泥质岸线位于淤泥质海岸上，这种海岸主要由潮汐作用形成，受上冲流的影响，滩面坡度平缓，滩面宽度可达数千米甚至更宽9。粉砂淤泥质海岸向陆一侧一般植被生长茂盛，呈红色或暗红色(见图4 中 a 点)，向海一侧植被较为稀疏呈浅红色(见图4 中 b 点) 或没有植被(见图4中c点)，裸露潮滩上多有树枝状潮沟发育(见图4 中d点)。大潮上水淹没潮滩，致使淹没范围内高潮线处植被极其稀疏，在影像中，植被茂盛与稀疏程度明显差异处即为粉砂淤泥质岸线所在位置
10、(见图4 中黑线)。图4 粉砂淤泥质岸线4 生物岸线生物岸线一般分为红树林岸线、珊瑚礁岸线和24 测 绘 通 报 2011 年 第3 期芦苇岸线，分别位于红树林海岸、珊瑚礁海岸和粉砂淤泥质海岸上。红树林以红树科植物为主，多分布在河口附近潮滩、水陆交界处，具有向海延伸的能力。一般均成片分布，在遥感影像中表现为红色;与陆地植被相比，颜色较暗且形状不规则;多沿海岸分布，纹理平滑，有立体感(见图 5 中 a 点)。红树林附近养殖区布局规则，纹理呈长条状，空间分布集中，颜色近于海水(见图5 中 b 点)，陆地植被表现为红色，颜色较深(见图5 中c点)。红树林生长在潮滩上或海岸沼泽区，平均大潮高潮淹没潮滩
11、及沼泽区，红树林内边界即为高潮线位置，因此，红树林生物岸线的位置确定在红树林内边界上(见图5 中黑线)，海岸线以下为红树林，以上为养殖区和陆地植被等。图5 红树林岸线珊瑚礁岸线位于珊瑚礁海岸上，我国珊瑚礁主要分布在台湾岛和海南岛的沿岸以及南海诸岛的128 个以环礁为主要类型的礁区10，珊瑚礁海岸由珊瑚砂堆积而成，光谱反射率很高，在影像上表现为白亮，纹理平滑，珊瑚砂外围为礁盘，礁盘区域常被海水浸没，水深较浅，光谱反射率稍低于珊瑚砂，岸线确定方法同一般砂质岸线。芦苇岸线位于生长芦苇的淤泥质滩涂上，在沼泽、河口等浅水湿地形成密集的群落，由陆向海逐渐稀疏。在影像中，这类岸线确定在芦苇茂盛与稀疏程度明显
12、差异处，海岸线向海一侧与向陆一侧的表现形式如上所述。5 人工岸线人工岸线是人工建筑物形成的岸线，建筑物一般包括防潮堤、防波堤、码头、凸堤、养殖区和盐田等。防潮堤、防波堤等建筑物在影像上一般亮度较高，呈白色，狭长延伸分布纹理平滑( 见图 6 中 a点);堤外为淤泥质滩涂，颜色灰暗，比裸地略淡(见图6 中 b 点)。海岸线位置确定在建筑物的外缘(见图6 中黑线)。码头处多有居民区或工厂等，一般成规模分布，有一定的亮度，但不均匀，有清晰的水泥纹理特征，道路错综复杂，呈网状，容易确认(见图 7 中 a点)。码头处凸堤在影像中多呈白色，明显的细长条状突出(见图7 中b点)，此处的海岸线位置为码头外边界，
13、横截宽度小于20 m的凸堤处海岸线位置确定在凸堤根部与陆地相连的连线处(见图7 中黑线)。图6 沿海大堤 图7 码头养殖区岸线位于基岩海岸或粉砂淤泥质海岸上。养殖区布局规则，呈长条状，空间集中分布，颜色近于海水(见图8 中 a 点);养殖池在干涸情况下，影像上表现很像裸地，呈灰色或灰白色(见图8中 b 点);陆地植被根据疏密程度呈浅红色至暗红色(见图8 中c点);大潮高潮不能淹没养殖区外边缘，海岸线位置确定在养殖区的外边缘上(见图8中黑线)。图8 养殖区盐田岸线位于盐田海岸上，盐田分布在淤泥质潮滩上，规则小型方块连续大面积分布，且一般都分布对称(见图9 中 a 点);蒸发池颜色近于海水(见图9
14、 中b点)，而结晶池因为含有大量海盐呈白色，亮度较高(见图9 中c点);陆地植被与建筑物同养殖区岸线所述;海岸线位置的确定同养殖区岸线的确定方法，在盐田区域的外边界( 见图 9 中黑线)。342011 年 第3 期 孙伟富，等:不同类型海岸线遥感解译标志建立和提取方法研究图9 滨海盐田四、与实测岸线的对比以908 专项山东省修测岸线为例，该岸线是由现场测量与遥感提取相结合的方式获得的。将山东省修测海岸线与遥感影像叠加对比，对比结果表明基岩岸线、砂质岸线、粉砂淤泥质岸线以及人工岸线等岸线位置符合本文提出的遥感海岸线解译与提取原则，岸线准确提取，精度较高。908专项江苏省修测岸线修测采用的是现场实
15、测拐点，然后顺序连接形成岸线的方法。将连云港地区使用该方法获取的岸线与本文提出的遥感提取岸线原则获取的岸线叠加显示(如图10 所示，其中白线为遥感岸线，黑点为实测拐点，黑线为连接拐点获得的修测岸线)。通过对比不难发现，遥感提取岸线与现场调查岸线局部细节差异较大，原因是测量的拐点较疏和局部地区无法到达，导致局部地方测量岸线与实际岸线不符，不能准确表示海岸线的实际位置，而遥感技术可以弥补这一不足，确保提取的海岸线在细节上的合理性和准确性。图10 遥感岸线与实测岸线比对五、结论与讨论本文基于908 专项获取的海岛海岸带 SPOT 5影像，根据实地踏勘资料及解译经验，在分析各种海岸类型在影像中特征的基
16、础上，从颜色、纹理和地物邻接关系等方面建立海岸类型的遥感解译标志，提出基岩岸线、砂质岸线、粉砂淤泥质岸线、生物岸线和人工岸线等五类岸线的提取原则。经与现场实测岸线对比，证明本文提出的海岸线遥感提取原则是合理、准确的。传统的海岸线测量方式周期长、代价高，遥感具有大范围同步、高效和经济的优点，可以高效、经济地实现海岸线信息的获取，是海岸线变迁、海岸侵蚀淤积动态监测的重要技术手段。虽然遥感技术在海岸线提取方面具有优势，但遥感存在无法有效解决的同物异谱和同谱异物的现象，因此，在海岸线类型解译及提取过程中，现场踏勘工作仍然不可缺少。参考文献:1 国家质量技术监督局 GB/T 181902000 海洋学术
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