海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測(cè)方案探討范文
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《海洋環(huán)境科學(xué)雜志》2014年第四期
1海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測(cè)要點(diǎn)分析
確定海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測(cè)要點(diǎn)時(shí)應(yīng)考慮三方面因素。首先，海洋功能區(qū)劃既有對(duì)管轄海域的整體約束，也有對(duì)具體功能區(qū)的功能定位和管理要求，但前者最終也是要通過(guò)后者來(lái)體現(xiàn)的，所以海洋功能區(qū)劃監(jiān)測(cè)應(yīng)立足于對(duì)各個(gè)功能區(qū)的監(jiān)測(cè);其次，海洋功能區(qū)的位置、范圍和功能定位是人為劃定的，對(duì)功能區(qū)的監(jiān)測(cè)，主要是指對(duì)功能區(qū)內(nèi)開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)狀況的監(jiān)測(cè);第三，由于目前海域動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要采用的是中高分辨率的光學(xué)遙感數(shù)據(jù)，因此，遙感監(jiān)測(cè)對(duì)象主要考慮水面及以上的目標(biāo)，且目標(biāo)的空間尺度應(yīng)在數(shù)十米以上。基于以上考慮，對(duì)照1．1中海洋功能區(qū)劃的效力點(diǎn)，排查得出海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測(cè)要點(diǎn)如下:(1)功能區(qū)內(nèi)規(guī)模較大的用海地物。據(jù)此可評(píng)估功能區(qū)內(nèi)的用海布局、強(qiáng)度和集約度等開(kāi)發(fā)利用情況。(2)用海地物對(duì)應(yīng)的海域使用類型。據(jù)此可評(píng)估功能區(qū)內(nèi)用途管制要求的落實(shí)情況。(3)用海地物對(duì)應(yīng)的用海方式和占用岸線長(zhǎng)度。據(jù)此可評(píng)估功能區(qū)內(nèi)用海方式控制要求和圍填海規(guī)模控制指標(biāo)、自然岸線長(zhǎng)度保留指標(biāo)的落實(shí)情況。
2海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)分析
要實(shí)現(xiàn)利用遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)海洋功能區(qū)劃實(shí)施情況的目標(biāo)，必須具備檢測(cè)用海、鑒別用海和分析用海的能力。為此，需要解決幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)問(wèn)題。
2．1地物識(shí)別和信息提取遙感圖像的光譜信息是檢測(cè)地物目標(biāo)并實(shí)施分類的依據(jù)。像元間的光譜差異主要緣于對(duì)應(yīng)地物的材質(zhì)不同，但在海洋開(kāi)發(fā)活動(dòng)中，地物的材質(zhì)與用途沒(méi)有絕對(duì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如碼頭、橋梁、道路、平臺(tái)等都有可能采用砼質(zhì)材料。因此，用海信息的提取不能采用傳統(tǒng)的基于像元的分類方法，而應(yīng)采用人工干預(yù)下的面向?qū)ο蟮挠跋穹诸惙椒āＣ嫦驅(qū)ο蟮挠跋穹诸惙椒ㄒ赃m宜的尺度分割為基礎(chǔ)，目前已有不少旨在實(shí)現(xiàn)圖像最優(yōu)分割的方法，效果較明顯［1］。將專家在目視解譯過(guò)程中所運(yùn)用的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)歸納成規(guī)則集，可用于鑒別分割出的對(duì)象［2］。完備的知識(shí)系統(tǒng)是十分復(fù)雜的，實(shí)際應(yīng)用中常采用部分簡(jiǎn)單的知識(shí)規(guī)則來(lái)識(shí)別對(duì)象，一些學(xué)者［3-4］將這類方法應(yīng)用于養(yǎng)殖用海的識(shí)別，取得了較好效果。海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測(cè)可以采用上述方法，但尚需針對(duì)光學(xué)遙感所能監(jiān)測(cè)的各類用海，制定有效的分類規(guī)則體系。
2．2海域使用類型和用海方式判別海域管理中對(duì)海域使用類型、用海方式和用海面積的界定是按照現(xiàn)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《海域使用分類》(HY/T123-2009)［5］和《海籍調(diào)查規(guī)范》(HY/T124-2009)［6］執(zhí)行的，海域適用分類以行業(yè)用途為主要依據(jù)，用海方式是按對(duì)海域自然屬性影響程度和特殊管理要求劃分的。而遙感手段僅能監(jiān)測(cè)到用海地物，不能直接判別行業(yè)用途和特殊管理要求。因此，對(duì)海域使用類型和用海方式的判別，需要根據(jù)用海地物的特征進(jìn)行推測(cè)。
2．3海洋功能區(qū)劃實(shí)施情況輔助分析海洋功能區(qū)劃實(shí)施情況分析的范圍是整個(gè)管轄海域，它的基礎(chǔ)是每個(gè)功能區(qū)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，包括功能區(qū)內(nèi)開(kāi)發(fā)利用狀況及其區(qū)劃符合性兩部分內(nèi)容。對(duì)此，應(yīng)建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法。
3海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)
3．1主體思路監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)既要瞄準(zhǔn)業(yè)務(wù)化應(yīng)用需要，又要充分發(fā)揮目視鑒別的直觀性和計(jì)算機(jī)分析的高效性等優(yōu)勢(shì)，盡量簡(jiǎn)便易行。較為成熟的思路是在海域動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)上，在人工干預(yù)下，利用遙感技術(shù)對(duì)海洋功能區(qū)實(shí)施監(jiān)測(cè)，輔助分析海洋功能區(qū)劃實(shí)施情況。在檢測(cè)功能區(qū)內(nèi)用海活動(dòng)時(shí)，參考視覺(jué)注意機(jī)制，執(zhí)行從區(qū)域用海到用海單元，再到用海地物的檢測(cè)流程;而在鑒別用海活動(dòng)時(shí)，則執(zhí)行從用海地物，到用海單元，再到海域使用類型的推測(cè)流程。用海活動(dòng)鑒別采用視覺(jué)鑒別、計(jì)算機(jī)輔助分類和環(huán)境關(guān)聯(lián)性分析相結(jié)合的方法。
3．2基礎(chǔ)條件(1)信息系統(tǒng)平臺(tái)。應(yīng)在現(xiàn)有海域動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，擴(kuò)充具有圖像多尺度分割處理功能，并能統(tǒng)計(jì)圖像對(duì)象的光譜特征、幾何特征等特征參數(shù)的遙感影像處理模塊。(2)資料基礎(chǔ)。應(yīng)在信息系統(tǒng)中準(zhǔn)備以下資料:1)當(dāng)前時(shí)段的監(jiān)測(cè)資料。即經(jīng)幾何糾正和輻射校正的光學(xué)遙感影像數(shù)據(jù)，波段數(shù)至少3個(gè)，空間分辨率優(yōu)于10m。合成影像一般采用真彩色合成模式，或以近紅外、紅、綠波段數(shù)據(jù)為RGB的組合模式。2)前一時(shí)段的監(jiān)測(cè)成果資料。包括前一監(jiān)測(cè)時(shí)段獲得的海陸分界線，要求采用線型矢量數(shù)據(jù)格式;前一監(jiān)測(cè)時(shí)段的海域使用現(xiàn)狀分布資料，采用面狀矢量數(shù)據(jù)格式，并含用海項(xiàng)目名稱、用海地物名稱、海域使用類型、用海方式等屬性信息。3)現(xiàn)狀基礎(chǔ)資料。包括海洋功能區(qū)劃資料，要求采用面狀矢量數(shù)據(jù)格式，并含功能區(qū)等級(jí)表中所有的屬性信息;現(xiàn)行有效的海陸管理界線，采用線型矢量數(shù)據(jù)格式;現(xiàn)狀水深數(shù)據(jù)，以理論最低潮面為基準(zhǔn)，采用柵格數(shù)據(jù)格式;現(xiàn)狀海岸地貌數(shù)據(jù)，采用面狀矢量數(shù)據(jù)格式，并含沿岸植被、底質(zhì)分布等屬性信息。
3．3監(jiān)測(cè)流程與方法(1)劃分監(jiān)測(cè)單元。將海洋功能區(qū)劃圖層與遙感影像疊置，按二級(jí)類海洋基本功能區(qū)界線(未細(xì)分二級(jí)類海洋功能區(qū)的按一級(jí)類功能區(qū)界線)劃分對(duì)應(yīng)的影像區(qū)域。(2)比對(duì)前一監(jiān)測(cè)時(shí)段功能區(qū)內(nèi)海域使用信息。將前一時(shí)段的監(jiān)測(cè)成果資料與遙感影像疊置，先判定前一監(jiān)測(cè)時(shí)段已明確的用海單元，其次確定監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)的用海動(dòng)態(tài)及變化區(qū)域，然后確定需要鑒別的新用海地物。(3)影像特征目視鑒別。目視檢測(cè)用海目標(biāo)，總結(jié)目視鑒別指標(biāo)，包括地物位置、(與周?chē)w、地物的)顏色差異、空間結(jié)構(gòu)、方向、尺寸、(與其它地物)相鄰關(guān)系。(4)分析用海環(huán)境條件。提取影像單元周邊的自然狀況和開(kāi)發(fā)狀況信息。自然狀況指標(biāo)有平均水深、離岸距離、海岸底質(zhì)等。開(kāi)發(fā)狀況指標(biāo)有周?chē)R海地物、周?chē)Ｓ蚴褂妙愋汀⒅車(chē)煤７绞健⒅車(chē)煤５匚锏取?5)提取影像特征。先選擇適宜的尺度參數(shù)，在影像區(qū)域內(nèi)進(jìn)行影像分割處理。再在有待鑒別的海域使用目標(biāo)區(qū)域，針對(duì)每個(gè)分割后的影像單元，統(tǒng)計(jì)表1所列光譜特征、幾何特征等標(biāo)志信息。(6)鑒別用海地物。這一步驟是功能區(qū)遙感監(jiān)測(cè)流程中的關(guān)鍵，需要根據(jù)各影像單元的特征標(biāo)志，對(duì)照用海地物判讀標(biāo)志，鑒別用海地物。用海地物按表2分類。各類用海地物的鑒別規(guī)則由目視指標(biāo)、影像特征測(cè)算指標(biāo)和用海環(huán)境指標(biāo)組成，以人工島為例，鑒別規(guī)則如表3所列。(7)推斷用海類型和用海方式。根據(jù)用海地物類型和用海環(huán)境條件，對(duì)照用海地物鑒別規(guī)則和《海域使用分類》(HY/T123-2009)、《海籍調(diào)查規(guī)范》(HY/T124-2009)，判別用海單元及其用途與范圍，推斷海域使用遙感目標(biāo)的用海類型和用海方式。(8)海洋功能區(qū)劃實(shí)施情況分析。先利用空間分析工具，按照相應(yīng)指標(biāo)，分析功能區(qū)內(nèi)的開(kāi)發(fā)利用狀況，再按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，輔助分析用海活動(dòng)的海洋功能區(qū)劃符合性。海洋功能區(qū)劃實(shí)施情況分析內(nèi)容和指標(biāo)見(jiàn)表4所示。(9)監(jiān)測(cè)成果編制。生成定制格式的監(jiān)測(cè)圖件和監(jiān)測(cè)報(bào)告。
4海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測(cè)方案適用性分析
上述方案的實(shí)質(zhì)是針對(duì)海洋功能區(qū)劃的效力點(diǎn)，明確了海域使用遙感監(jiān)測(cè)的技術(shù)流程，以及其中各環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)分析內(nèi)容、方法、指標(biāo)或規(guī)則。筆者的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，該方案適用于對(duì)海洋功能區(qū)內(nèi)開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)的快速檢測(cè)和對(duì)海洋功能區(qū)劃實(shí)施情況的輔助分析。方案的適用性來(lái)自以下幾方面的保障:(1)新一輪的海洋功能區(qū)劃(2011～2012年)中的目標(biāo)指標(biāo)和功能區(qū)管理要求都比較明確。(2)海域使用絕大部分在海面上都能得到反映。目前海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)采用的遙感資料的空間分辨率已經(jīng)很高，具備應(yīng)用于海洋功能區(qū)監(jiān)測(cè)的能力。(3)面向?qū)ο蟮倪b感分類技術(shù)已在海岸帶地區(qū)得到成功應(yīng)用，特別近年來(lái)對(duì)各類用海分類規(guī)則的歸納越來(lái)越趨于成熟，使海域遙感分類的精度和效率得到了顯著提高。
5結(jié)語(yǔ)
本文針對(duì)海洋功能區(qū)劃中的功能區(qū)管理要求，提出了一套涵蓋資料、方法、流程和規(guī)則等的海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測(cè)方案。本方案一方面根據(jù)海洋功能區(qū)劃的效力點(diǎn)，對(duì)海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測(cè)的要點(diǎn)進(jìn)行了明確，同時(shí)構(gòu)建了海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測(cè)的流程和各環(huán)節(jié)的技術(shù)方案。從筆者的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)看，方案具有可行性。本方案的關(guān)鍵支撐是海域使用遙感分類技術(shù)，核心是各類用海分類規(guī)則的科學(xué)歸納和有效使用，這將是本方案進(jìn)一步完善的方向。
作者：劉百橋劉利東單位：天津師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院
