基于多时相遥感数据的宁波市海岸线变迁研究
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本文利用宁波市第一次地理国情普查这一良好契 机，获取了宁波市 2003～2015 年多个年份、不同类型 的影像，结合相关专题数据，提取了宁波市 8 期海岸 线信息，分析和研究了宁波市 2003～2015 年的海岸线 变迁及其原因。
1 海岸线多时相遥感信息提取
1.1 数据源及预处理 选用的数据源包含 2003～2015 年期间 6 个年
行综合分析研究，揭示宁波市海岸线变化规律，并从自然因素和人为因素两个方面分析宁波海岸线变化的动力机制。
关键词：遥感影像；信息提取；海岸线；变化监测；宁波
中图分类号：P 237
文献标志码：B
文章编号：1672 - 4623（2018）10 - 0062 - 05
目前对宁波市海岸线全局性的研究相对较少，冯 永玖等利用 1979、1987、2000 和 2005 年的 4 期 Landsat 影像对杭州湾海岸线进行了提取和变迁研究， 其中杭州湾南岸岸线隶属宁波慈溪市；孙丽娥利用 1987 年（TM）、1995 年（TM）、2003 / 2004（CBERS） 年和 2012（HJ）年的 4 期遥感影像，对浙江省海岸线 的时空变迁进行了分析，并对余姚 - 崎头角岸进行了 海岸脆弱性评估研究。
（1 . 宁波市测绘设计研究院，浙江 宁波 315042）
摘 要：海岸线的动态监测可为海岸带自然保护及可持续发展提供科学依据和决策支持。以宁波市为研究区域，利用 2003～2015
年的多源遥感影像，通过对遥感影像空间与地理空间的相关关系分析，采用阈值分割与人工修正结合的方法分别提取不同年份的
海岸线并对其精度进行分析。在此基础上，结合宁波市海岸线与宁波市地理国情普查数据、基础测绘数据及其他行业部门数据进
表 1 宁波市海岸线变迁分析数据源
数据描述
2003 年卫片分辨率为 2.5 m 2005 年 SPOT5 卫星分辨率为 3 m
2007 年 P5 卫星分辨率为 2.5 m
影
2009 年航片分辨率为 1 m
像 数
2011 年卫片分辨率为 4.16 m
据
2013 年卫片分辨率为 0.5 m
2015 年卫片分辨率为 2 m
份的高分遥感影像数据和 2009 年航拍影像数据； 2011～2015 年期间 3 个年份的 Landsat 遥感影像数据， 以及通过普查获取的全市土地利用现状、围填海、行 政区划等专题数据，其中 2011 年遥感影像数据作为精 度验证的参考数据，具体数据详细情况见表 1。
在获取 2003～2015 年间不同时期遥感影像数据的 基础上，分别对两个时期的 Landsat 数据进行了辐射校 正、大气校正及几何校正等预处理，针对高空间分辨 率数据则进行了辐射校正、几何校正及影像镶嵌裁剪 等预处理。此外，本文也对各时期遥感数据进行了坐 标投影转换，将不同影像的坐标均转为宁波独立坐标。
2007 年 Landsat 5 TM 数据分辨率为 30 m 2011 年 Landsat 5 TM 数据分辨率为 30 m
2015 年 Landsat 8OLI 数据分辨率为 30 m 2015 年宁波市土地利用现状图
宁波市行政区图
矢 量
2003 年海岸线
源自文库数 据
2005 年海岸线
2011 年海岸线
均海岸线误差值（实验值 - 真实值）为 3 . 03 m，标准 差为 9 . 89。由于最终使用的遥感影像的空间分辨率为 4 . 16 m，因此误差在 4 . 16 m 以内均可接受，故使用上 述方法提取得海岸线在精度要求的范围内，可以用于 海岸线变迁的相关分析。
因此，根据本文的海岸线提取方法，本研究获取 了 2003、2005、2007、2009、2011、2013、2014 年和 2015 年 8 个时期的海岸线分布情况（如图 2）。
2018 年 10 月 第 16 卷第 10 期
doi:10. 3969 / j. issn. 1672 - 4623. 2018. 10. 018
地理空间信息
GEOSPATIAL INFORMATION
Oct., 2018 Vol.16, No.10
基于多时相遥感数据的宁波市海岸线变迁研究
梅元勋 1，井发明 1，陈海珍 1
2 结果与分析
2.1 海岸线精度分析 精度验证是在对成果进行定性评价的基础上的定
量分析。本文采用的验证方法是根据已知海岸线，与 影像提取的海岸线进行精度验证。已知海岸线为 2011 年，此数据作为参考数据，即认为真实值。在进行海 岸线提取时，采用 2011 年 Landsat 遥感影像采用上 述水体指数方法提取水边线。在提取海岸线时，采用 GoogleEarth 下载的 2011 年历史影像，分辨率为 4 . 16 m 作为高分影像数据对海岸线进行人工校正，最终获取 2011 年实验海岸线数据。这里仅选取一块包含各种类 型海岸线的区域（如图 1 所示）进行验证。图中影像为 Landsat 波段 7、4、2 波段组合形成的假彩色影像。蓝 色表示水体，绿色表示植被。
收稿日期：2017 - 06 - 20。 项目来源：2017 年度宁波市科技局软科学课题（2017 A 10066）。
第 16 卷第 10 期
梅元勋等：基于多时相遥感数据的宁波市海岸线变迁研究
·63·
因此，对于 Landsat 数据，其海岸线提取是在获取 水边线的基础上，参考已有的海岸线成果，通过人工修 正的方式实现的。首先计算不同时期影像的归一化水体 指数 MDNWI[3]，随后利用密度分割方法获取分割阈值 图像，实现水陆最佳分割，最终获取水边线信息。在已 提取水边线的基础上，参考高分影像数据，通过人工修 正获取最终的 2007 年和 2015 年海岸线。而针对高空间 分辨率影像，则是在已知海岸线矢量数据的基础上，通 过目视解译方法来获取相应年份的海岸线。
2014 年海岸线
围填海
1.2 海岸线提取 本文根据预处理后的遥感影像及已知的海岸线矢
量数据，分别针对 Landsat 和高空间分辨率影像，建立 对应的海岸线提取方法，实现宁波市 8 个时期的海岸 线提取。
由于受到潮汐作用以及风暴潮等影响，海水有涨 有落，海面时高时低，海洋与陆地的分界线时刻处于 变化之中。因此，实际的海岸线应该是高低潮间无数 条海陆分界线的集合 [1]。目前，绝大多数国家，包括 我国现有海洋管理工作的实践都是以平均大潮高潮线 作为海陆分界线 [2]。
1 海岸线多时相遥感信息提取
1.1 数据源及预处理 选用的数据源包含 2003～2015 年期间 6 个年
行综合分析研究，揭示宁波市海岸线变化规律，并从自然因素和人为因素两个方面分析宁波海岸线变化的动力机制。
关键词：遥感影像；信息提取；海岸线；变化监测；宁波
中图分类号：P 237
文献标志码：B
文章编号：1672 - 4623（2018）10 - 0062 - 05
目前对宁波市海岸线全局性的研究相对较少，冯 永玖等利用 1979、1987、2000 和 2005 年的 4 期 Landsat 影像对杭州湾海岸线进行了提取和变迁研究， 其中杭州湾南岸岸线隶属宁波慈溪市；孙丽娥利用 1987 年（TM）、1995 年（TM）、2003 / 2004（CBERS） 年和 2012（HJ）年的 4 期遥感影像，对浙江省海岸线 的时空变迁进行了分析，并对余姚 - 崎头角岸进行了 海岸脆弱性评估研究。
（1 . 宁波市测绘设计研究院，浙江 宁波 315042）
摘 要：海岸线的动态监测可为海岸带自然保护及可持续发展提供科学依据和决策支持。以宁波市为研究区域，利用 2003～2015
年的多源遥感影像，通过对遥感影像空间与地理空间的相关关系分析，采用阈值分割与人工修正结合的方法分别提取不同年份的
海岸线并对其精度进行分析。在此基础上，结合宁波市海岸线与宁波市地理国情普查数据、基础测绘数据及其他行业部门数据进
表 1 宁波市海岸线变迁分析数据源
数据描述
2003 年卫片分辨率为 2.5 m 2005 年 SPOT5 卫星分辨率为 3 m
2007 年 P5 卫星分辨率为 2.5 m
影
2009 年航片分辨率为 1 m
像 数
2011 年卫片分辨率为 4.16 m
据
2013 年卫片分辨率为 0.5 m
2015 年卫片分辨率为 2 m
份的高分遥感影像数据和 2009 年航拍影像数据； 2011～2015 年期间 3 个年份的 Landsat 遥感影像数据， 以及通过普查获取的全市土地利用现状、围填海、行 政区划等专题数据，其中 2011 年遥感影像数据作为精 度验证的参考数据，具体数据详细情况见表 1。
在获取 2003～2015 年间不同时期遥感影像数据的 基础上，分别对两个时期的 Landsat 数据进行了辐射校 正、大气校正及几何校正等预处理，针对高空间分辨 率数据则进行了辐射校正、几何校正及影像镶嵌裁剪 等预处理。此外，本文也对各时期遥感数据进行了坐 标投影转换，将不同影像的坐标均转为宁波独立坐标。
2007 年 Landsat 5 TM 数据分辨率为 30 m 2011 年 Landsat 5 TM 数据分辨率为 30 m
2015 年 Landsat 8OLI 数据分辨率为 30 m 2015 年宁波市土地利用现状图
宁波市行政区图
矢 量
2003 年海岸线
源自文库数 据
2005 年海岸线
2011 年海岸线
均海岸线误差值（实验值 - 真实值）为 3 . 03 m，标准 差为 9 . 89。由于最终使用的遥感影像的空间分辨率为 4 . 16 m，因此误差在 4 . 16 m 以内均可接受，故使用上 述方法提取得海岸线在精度要求的范围内，可以用于 海岸线变迁的相关分析。
因此，根据本文的海岸线提取方法，本研究获取 了 2003、2005、2007、2009、2011、2013、2014 年和 2015 年 8 个时期的海岸线分布情况（如图 2）。
2018 年 10 月 第 16 卷第 10 期
doi:10. 3969 / j. issn. 1672 - 4623. 2018. 10. 018
地理空间信息
GEOSPATIAL INFORMATION
Oct., 2018 Vol.16, No.10
基于多时相遥感数据的宁波市海岸线变迁研究
梅元勋 1，井发明 1，陈海珍 1
2 结果与分析
2.1 海岸线精度分析 精度验证是在对成果进行定性评价的基础上的定
量分析。本文采用的验证方法是根据已知海岸线，与 影像提取的海岸线进行精度验证。已知海岸线为 2011 年，此数据作为参考数据，即认为真实值。在进行海 岸线提取时，采用 2011 年 Landsat 遥感影像采用上 述水体指数方法提取水边线。在提取海岸线时，采用 GoogleEarth 下载的 2011 年历史影像，分辨率为 4 . 16 m 作为高分影像数据对海岸线进行人工校正，最终获取 2011 年实验海岸线数据。这里仅选取一块包含各种类 型海岸线的区域（如图 1 所示）进行验证。图中影像为 Landsat 波段 7、4、2 波段组合形成的假彩色影像。蓝 色表示水体，绿色表示植被。
收稿日期：2017 - 06 - 20。 项目来源：2017 年度宁波市科技局软科学课题（2017 A 10066）。
第 16 卷第 10 期
梅元勋等：基于多时相遥感数据的宁波市海岸线变迁研究
·63·
因此，对于 Landsat 数据，其海岸线提取是在获取 水边线的基础上，参考已有的海岸线成果，通过人工修 正的方式实现的。首先计算不同时期影像的归一化水体 指数 MDNWI[3]，随后利用密度分割方法获取分割阈值 图像，实现水陆最佳分割，最终获取水边线信息。在已 提取水边线的基础上，参考高分影像数据，通过人工修 正获取最终的 2007 年和 2015 年海岸线。而针对高空间 分辨率影像，则是在已知海岸线矢量数据的基础上，通 过目视解译方法来获取相应年份的海岸线。
2014 年海岸线
围填海
1.2 海岸线提取 本文根据预处理后的遥感影像及已知的海岸线矢
量数据，分别针对 Landsat 和高空间分辨率影像，建立 对应的海岸线提取方法，实现宁波市 8 个时期的海岸 线提取。
由于受到潮汐作用以及风暴潮等影响，海水有涨 有落，海面时高时低，海洋与陆地的分界线时刻处于 变化之中。因此，实际的海岸线应该是高低潮间无数 条海陆分界线的集合 [1]。目前，绝大多数国家，包括 我国现有海洋管理工作的实践都是以平均大潮高潮线 作为海陆分界线 [2]。