基于多源遥感影像的围填海监测以天津南港工业区为例

2012年12月第6期
城市勘测
Urban Geotechnical Investigation ＆Surveying
Dec．2012No．6文章编号：1672－8262(2012)06－77－04
中图分类号：P231.5
文献标识码：A
基于多源遥感影像的围填海监测
———以天津南港工业区为例
吴正鹏1*，奚歌2，王健洁
1
*
收稿日期：2012—04—10
作者简介：吴正鹏（1981—），男，高级工程师，主要从事摄影测量与遥感数据处理、应用研究工作。

（1.天津市测绘院，天津300381；
2.国家海洋信息中心，天津300171）
摘
要：以2008年 2011年间11个时段的SPOT －5、ALOS 、WorldView －2影像数据为基础，在ERDAS IMAGE 的支
撑下，采用计算机解译和目视判读相结合的影像解译方法，分别提取天津南港工业区不同时期的围填海信息，并对其进行定量监测和定性分析。

最后，结合我国围填海管理现状，对多源卫星遥感影像变化检测技术在海岸带监测中的应用前景进行展望。

关键词：遥感;围填海;天津南港工业区;监测
1前言
海洋是人类可持续发展的重要基地，也是人类未来生存发展的希望。

目前世界各沿海国家，面对有限的土地资源，都在向海洋要土地，围填海开发成为海洋开发的重要组成部分。

对于“围填海”目前尚没有明确的定义，现有研究资料和调查成果中通常引用
“填海”、“围海”、“滩涂围垦”、“围海造陆”、“填海造地”等术语。

国家海洋局编制的《海域使用分类体系》对“填海造地”和“围海”的定义如下：“填海造地，指筑堤围割海域填成土地，并形成有效岸线的用海方式；围海，
指通过筑堤或其他手段，以全部或部分闭合形式围割海域进行海洋开发的用海方式”。

简单说来，围填海包含围海和填海两种用海方式。

围海是指以全部闭合形式围割海域进行海洋利用的方式，包含沿海岸进行海域围割的用海方式和全部在海中进行筑堤围割的用海方式；填海指将海域填成土地，形成岸线的用海方式，包括直接填充和先进行围割再填充两种情况。

本文结合研究目的界定围填海内涵，即通过人为在海岸线外进行围海和填海活动，改变指定海域属性，从而对其进行有效利用的方式。

2遥感影像变化检测概述
遥感图像变化检测是一门根据遥感图像和参考数
据不同时相的观测来提取、描述感兴趣物体或现象随时间变化的特征，并定量分析、确定其变化的理论和方法；基本原理是依据地物在遥感影像中所反映出的灰度信息和边缘特征的个性差异，给定同一地区的多个
时相的单波段或多波段遥感图像（在条件可能的情况下，可以配备一定的辅助数据以提高检测精度），采用图像处理和分析的方法，检测出该地区的地物或目标有无变化，并对变化做出定性或定量分析。

3天津南港工业区概况
天津南港工业区，即“天津南港”，位于渤海湾天
津市滨海新区海岸线南部（区位图如图1所示），具有极为重要的战略意义，是《天津市空间发展战略研究》确定的“双城双港、相向拓展
、一轴两带、南北生态”总体战略的核心部署，
是天津市落实“双城双港”城市总体空间发展战略的重要节点。

图1天津南港工业区区位图
南港工业区自2008年初开始施工建设，范围（如图1所示）西起津歧公路，东向东围海造陆至－4m 等深线，
北起独流减河右治导线以北新建防波堤，南至青静黄左治导线；规划面积约200km 2
，其中陆域面积162km 2，海域面积38km 2。

78城市勘测2012年12月
4天津南港围填海监测
本项目的目的是监测天津南港工业区填海造地总
体进程。

项目的总体实施思路是：收集自2008年至今的卫星影像，在遥感数据处理软件ERDAS IMAGE 的支撑下对基准影像进行精纠正并将其他时段影像与其精确配准；结合具体需求从11个时段的影像中选取7期能反映天津南港填海造地进程的关键影像，利用遥感影像变化检测手段（计算机解译、
目视判读相结合）提取围海、填海造地变化信息并进行相关统计分析。

总体实施方案如图2所示。

图2
围填海监测总体实施方案
4.1遥感监测数据收集情况
目前，卫星遥感技术已形成多平台、多传感器、多
分辨率共同发展的局面。

遥感卫星包括资源卫星、环境卫星、
海洋卫星、气象卫星等，所获取的遥感信息具有厘米级到千米级的多种尺度，重访周期从1d 50d 不等，在获取资源环境空间和时间信息方面构成很好的互补关系。

一般来说，用于小区域地形变化监测的常用卫星主要有IKONOS 、
QuickBird 、SPOT －5、IRS －P5、ALOS 、GeoEye 、“WorldView ”系列等。

针对本项目特点（重点关注填海造地进程、兼顾落地项目建设情况），
综合分析遥感影像尺度效应、地面分辨率、重访周期、影像质量特征、数据接收能力、卫星数据存档及过境资源占用情况等影响因素，最终确定以SPOT －5、
WorldView －2为主，ALOS 为辅的数据收集方案。

截止2011年9月底，
共收集7期SPOT －5、1期ALOS 、3期WorldView －2数据，具体情况如表1所示。

南港工业区遥感监测数据列表
表1序号数据接收时间卫星星座名称地面分辨率（GSD ）/m
数据生产模式12008年1季度
SPOT －52．5存档22008年4季度SPOT －52．5存档32009年1季度SPOT －52．5存档42009年2季度SPOT －52．5存档52009年3季度SPOT －52．5存档62009年4季度SPOT －52．5存档72010年2季度ALOS 2．5存档82010年3季度SPOT －52．5存档92010年4季度WorldView －20．5存档102011年2季度WorldView －20．5编程接收11
2011年3季度
WorldView －2
0．5
编程接收
4.2基准影像选取及数据处理
基准影像是其余时段影像精确配准的基础，其几
何纠正精度直接决定了后期围填海监测（围海及填海造地面积量测）的精度，
选取基准影像时应考虑以下几方面因素：①影像现势性；②空间分辨率。

由于本项目收集的卫星影像多为存档数据，而2011年2、3季度数据为编程接收，通过对比分析所收集的9期存档数据，
2010年4季度WorldView －2数据现势性最好且空间分辨率明显优于其余8期影像，因此将其确定为基准影像。

此后，在ERDAS IMAGE 软件中，利用外业像控点（针对围填海监测新增地物多、地貌变化大的特点，像控点必须外业测量）采用二次多项式模型将其分波段（全色、多光谱）纠正并完成影像
融合、自然色转换、色彩调整等工作。

4.3
多时段影像精确配准
以经过正射纠正、影像融合处理的2010年4季度WorldView －2影像为基准，使用ERDAS IMAGE 软件对其余时段的影像采用二次多项式拟合进行几何配准，
用双线性内插法重采样生成新影像文件，配准精度控制在1个像素以内。

4.4
确定关键时段影像
将经过精确配准的所有时段影像数据导入ER-DAS IMAGE 软件中，结合具体需求采用Blend 、Swipe 、Flicker 等工具对比分析确定关键时段影像。

本文针对不同分析需求选择2009年1、
3季度，2010年2、4季度，
2011年3季度影像作为围海进程监测的基础数
第6期吴正鹏等.基于多源遥感影像的围填海监测
据；2009年3季度，
2010年4季度，2011年2季度影像作为填海造地监测基础数据。

4.5
围填海监测及分析
天津南港工业区采用吹填淤泥填海造陆技术分填筑围堤、吹填淤泥两个环节实施围填海工程。

针对此
特点，借助计算机解译和目视判读相结合的遥感影像解译手段，将围填海进程监测及分析分围海、填海造地两方面进行。

图3、图4分别显示天津南港工业区不同时段围海、
填海造地变化区域；表2分不同时段就围海、填海造地面积进行了统计。

图3
围海进程示意图
图4填海造地进程示意图
80城市勘测2012年12月
综合分析表2中的数据，有如下结论：①2008年1季度 2009年1季度新增围海面积约15.73km2，填海造地尚未启动；由于初天津南港工业区建设方案2008年获批并付诸实施，所划拨陆域部分土地尚有大面积盐田、池塘、沟渠等需要整理，因此初期围填海进程缓慢。

②2009年1季度 2009年3季度新增围海面积约7.11km2，填海造地面积约15.73km2，围填海进程较快，陆域部分土地整理停滞。

③2009年3季度 2010年2季度，新增围海面积约1.38km2，填海造陆面积未变；此间围填海进程缓慢，经结合两期影像综合分析，主要工作集中陆域土地整理。

④2010年2季度 2010年4季度，新增围海面积约34.23km2，填海造地面积约8.47km2；围填海进程较快，陆域土地整理工作同步进行。

⑤2010年4季度 2011年2季度，围海面积没有变化，新增填海造地面积约16.77km2；填海造地进程较快，陆域土地整理工作基本完成。

⑥2011年2季度 2011年3季度，围海总面积约20.53km2，填海造地面积未变。

天津南港工业区围填海进程统计表表2时间围海面积/km2填海造地面积/km2 2008年1季度
2009年1季度15．730
2009年3季度7．1115．73
2010年2季度1．380
2010年4季度34．238．47
2011年2季度016．77
2011年3季度20．530
合计78．9840．97
4.6小结
截止2011年底天津市通过实施大规模填海，初步建成东疆港区、南疆港区、临港产业区、南港工业区、中心渔港、滨海旅游区等产业功能区，今后还将继续下去。

因此，针对该区域海域变化可能造成的生态和环境影响，开展长期定位监测和评价，可以为该区域的可持续发展提供理论指导和科学依据。

5应用展望
当前我国在围填海活动方面有详细规划、控制更加严格，但规划和控制并不能完全消除填海造地对海湾形状、岸线、面积等的影响，进而多方面影响海湾水生态系统；同时，围填海对海域生态环境造成的影响多是不可逆的。

多源（多时相）卫星遥感影像变化检测与地理信息系统相结合的技术体系是进行海岸带监测的最高效手段，可以快速、有效地对海岸带及其海域空间变化进行及时、准确地动态监测，具有宏观、快速、准确、直观等特点。

同时，运用定量检测和定性分析相结合的手段，可以增强海岸带监测的科学性和精确性，从而为海岸带及其海域的科学管理和合理开发提供依据。

参考文献
［1］张汉松．基于对象的海岸带地物变化遥感检测技术的研究［D］．杭州:浙江大学，2010．
［2］刘琴琴．基于3S技术的广东省围填海调查与分析［D］．济南:山东科技大学，2010．
［3］李志刚，李小玉，高宾等．基于遥感分析的锦州海湾填海造地变化［J］．应用生态学报，2011，22(4):943 949．［4］王娟，卜志国，崔先国等．遥感技术在海岸带监测中的应用［J］．山东科技大学学报(自然科学版)，2010，29(3):
20 25．
［5］邱惠燕，曹文志．基于遥感影像的厦门市填海造地的进程研究［J］．环境科学与管理，2009，34(9):25 28．［6］张冬，韩飞，章亮．吹填造陆技术在天津滨海新区的应用［J］．山西建筑，2008，34(30):115 116．
［7］宋红，陈晓玲．基于遥感影像的深圳湾填海造地的初步研究［J］．湖北大学学报(自然科学版)，2004，26(3):
259 263．
Reclamation Monitoring Based On The Multi－Source Remote Sensing Image ———As an Example of Tianjin Nangang Industrial Zone
Wu Zhengpeng1，Xi Ge2，Wang Jianjie1
（1.Tianjin Institute of Surveying and Mapping，Tianjin300381，China；
2.National Marine Data Information＆Service，Tianjin300171，China）
Abstract：Based on the11period satellite images of SPOT－5，ALOS，WorldView－2from2008to2011，extract the reclamation information in different periods of Tianjin Nangang industrial zone while quantitative monitor and qualitative analysis was done separately by using the software of ERDAS Image and image interpretation method combined with com-puter and visual interpretation．Finally，according to reclamation management situation in China，the future prospect of multi－source satellite remote sensing images change detection technology and its application in coastal zone monitoring was proposed．
Key words：Remote Sensing；Reclamation；Tianjin Nangang Industrial Zone；Monitor。