賴國棣

(福建省地質測繪院，福州，350011)

泉州灣位于福建省境內，北起惠安崇武半島，南至晉江石獅市祥芝鎮(zhèn)，為晉江、洛陽江匯合入海的半封閉海灣。北接莆田湄洲灣，南鄰廈門圍頭灣，東瀕臺灣海峽。泉州灣生態(tài)環(huán)境優(yōu)良, 生物種類繁多。泉州灣沿岸的工業(yè)、農業(yè)、旅游業(yè)發(fā)達, 環(huán)境保護同經濟發(fā)展的矛盾日益突出。開展泉州灣岸線變遷監(jiān)測, 對保護岸線資源, 加強海岸帶綜合管理, 協(xié)調人類與海岸帶的關系, 維護生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展具有重要意義。

海岸線是陸地與海洋的分界線，海岸線傳統(tǒng)的野外實地調查法人工花費多、效率低、工作周期長，而且獲取的數據不易統(tǒng)計。遙感監(jiān)測是基于“空對地”遙感影像數據和地學分析為基礎的綜合性應用技術，其最大優(yōu)勢在于大范圍實時同步數據獲取能力，在海岸線調查中具有顯而易見的優(yōu)勢*大連海事大學,海岸線衛(wèi)星遙感提取方法研究,2007。收稿日期：2015-08-04作者簡介：賴國棣(1981-)，男，測繪工程師、注冊測繪師，主要從事3S技術在國土資源管理中的綜合研究與應用。。與傳統(tǒng)方法相比，海岸線遙感監(jiān)測可以節(jié)省投入費用，具有很高的經濟效益和社會效益。目前，國內學者提出了多種海岸線提取算法，開展了全國多地的海岸線遙感動態(tài)監(jiān)測研究工作[1-6]。

1 遙感數據處理

1.1 數據源

筆者采用Landsat MSS/TM、SPOT5、WorldView-1等影像為主要數據源，經過大氣校正、幾何校正、水邊線提取等圖像處理，結合GIS 軟件和實地踏勘驗證，提取了泉州灣的海岸線, 應用1988年、1998年、2011年3個時相的衛(wèi)星遙感圖像，研究泉州灣海岸線23年的演化變遷(表1)。

1.2 數據處理

對遙感數據幾何精校正是海岸線提取研究的必要環(huán)節(jié),該研究采用ERDAS IMAGINE 2010軟件平臺，30 m分辨率衛(wèi)星影像以1∶50 000比例尺地形圖為基礎底圖，2.5 m和0.5 m分辨率衛(wèi)星影像以1∶10 000比例尺地形圖為基礎底圖，分別對3個時相的遙感圖像進行了幾何糾正?？臻g參考系采用1980西安坐標系和高斯-克呂格投影，影像的校正、配準采用二次多項式變換，利用雙線性內插法進行重采樣。幾何校正誤差滿足相關技術規(guī)范[7]關于遙感影像幾何校正誤差的要求。

表1 3個時相衛(wèi)星遙感數據參數

2 海岸線提取原理與方法

2.1 水邊線提取基本原理

水邊線是指衛(wèi)星過境時海水和陸地的分界線。根據陸地與水體具有不同的反射率特性，TM衛(wèi)星數據2.08～2.35 μm紅外波段(第7波段)圖像的直方圖呈雙峰，采用直方圖鞍部最低點所對應的數值作為閾值,對圖像進行二值化處理，實現(xiàn)海陸分界。通過邊緣檢測試驗對比發(fā)現(xiàn) Roberts算子對圖像的提取效果優(yōu)于Sobel算子，筆者采用Roberts算子對2個時相的第7波段二值圖像進行邊緣檢測處理，提取水邊線信息[8]。在ArcGIS軟件中以提取的水邊線圖為底圖，通過柵格矢量化得到水邊線矢量數據。而要從水邊線矢量數據中確定海岸線的位置，還需要考慮潮汐、岸線類型等因素。由于缺乏水文數據，采用中、高潮位衛(wèi)星數據作為海岸線變遷宏觀研究目標，因而忽略潮汐校正。

2.2 海岸線類型及解譯標志

泉州灣海岸線大致可分為基巖海岸線、人工海岸線以及砂、泥質海岸線。不同類型的海岸線有不同的特點，遙感解譯標志也不同(圖1)。各類型海岸線影像特征如下。

(1)基巖海岸線：一般對應著巖灘、礫石灘和沙灘，特殊地段可能形成特殊地貌景觀，具有一定的旅游開發(fā)價值。在高分辨率衛(wèi)星影像上呈現(xiàn)為地形起伏，紋理粗糙，主要分布于基巖岬角岸段、半島和島嶼。其海岸線曲折，為典型的鋸齒狀海蝕岸，分布于崇武鎮(zhèn)的玉前、前頭等地。

(2)砂質海岸線：對應著沙灘和過渡型砂礫質岸灘，其開發(fā)利用主要與旅游開發(fā)有關，以及作為建筑用材。在真彩色高分辨率衛(wèi)星影像上呈灰黃、淺黃色色調，由海至陸地呈漸變色調，紋理平滑，分布于崇武灣、浮山—玉霞等地。

圖1 岸線類型遙感解譯標志Fig.1 Shoreline types of remote sensing interpretation marksa—人工海岸線；b—基巖海岸線；c—砂質海岸線；d—泥質海岸線

(3)泥質海岸線：對應著泥質灘或泥砂質灘，海洋環(huán)境良好，營養(yǎng)豐富，一般可成為重要的灘涂養(yǎng)殖區(qū)域。在影像上呈灰色、淺灰色色調，紋理平滑、細膩，主要分布于洛陽江、晉江等入海處。

(4)人工海岸線：對應著各種海灘，為了生產、交通、護岸的需要，人工建成的不同規(guī)模、不同質量的海岸工程分為單坡式和雙坡式，結構上朝海面分為壘石和砌石等。影像呈規(guī)則線性，與海域界線明顯。

2.3 海岸線提取方法

海岸線變遷遙感監(jiān)測采用遙感技術，根據海岸帶地物光譜特征，利用計算機技術對衛(wèi)星遙感成像數據進行分析處理，獲得海岸帶信息的技術方法。岸線信息的提取充分利用TM紅外波段對水陸界線敏感的特性，使用高潮位時相遙感數據成像，得到海陸界線圖像。然后，通過計算機圖像處理軟件柵格轉矢量化后，結合人工目視解譯進行修正，完成岸線遙感解譯。在技術方法上，利用多波段假彩色合成圖像，通過計算機圖像處理，自動提取人工目視解譯修正的方式來完成。技術方法如下。

(1)水邊線提取：采用高潮位時相的TM7波段(紅外波段)數據，進行水體與陸地界線信息的自動提取，然后通過柵格矢量化，形成大陸岸線的線狀數據圖層,高分辨率衛(wèi)星影像數據主要采用人工目視解譯提取。

(2)海岸類型解譯：主要靠地理相關分析以及人工目視解譯?；鶐r海岸和人工海岸由于受潮位影響較小，可以直接在遙感圖像上采用人工目視解譯方法獲取。淤泥質海岸和砂質海岸，結合海岸帶歷史調查數據，輔以遙感分析修正來完成解譯工作。

(3)人工解譯修正：在ArcGIS軟件平臺下，對照該地海岸線解譯標志，通過機助遙感目視解譯方法，對原有的海岸帶數據進行修正。對開發(fā)利用程度較高的區(qū)域，則采用高分辨率遙感影像數據為信息源，以提高地面分辨率。

(4)空間分析：將各時期海岸線進行疊加比對分析，依時空變化，完成海岸線變遷研究，編制海岸線變遷遙感監(jiān)測研究圖件(圖2)。

圖2 各時相海岸線提取與遙感解譯流程Fig.2 Shoreline extraction and remote sensing interpretation process

3 海岸線總體變遷分析

通過上述技術方法提取泉州灣3個時相海岸線數據，結合實地勘查驗證，綜合分析得出泉州灣屬于潮流、徑流和波浪綜合作用下的山地海灣，總體處于淤積之中，岸線變遷主要受人為活動影響，集中于灣內西北岸，南、北岸則相對穩(wěn)定。統(tǒng)計數據分析表明，近23年來泉州灣海岸線總長呈逐年增加(表2)，由1988年的156.38 km增至2011年的169.44 km，海岸線不斷向灣內擴展，主要表現(xiàn)為侵占沿海灘涂。1988～2011年陸域向海域擴張，累計侵占灘涂面積達14.59 km2，從遙感影像分析灘涂變化可分為2個階段。

(1)第一階段為1988～1998年，海岸線及灘涂變遷主要為灘涂圍墾養(yǎng)殖魚蝦、扇貝,及填海造田種植糧食、蔬菜等。泥砂質海岸線逐漸向人工海岸線轉變，主要分布于后渚港、陳埭鎮(zhèn)等地(圖3)。

表2 泉州灣海岸線變遷遙感解譯情況統(tǒng)計

圖3 晉江市陳埭—西濱一帶海岸線變遷影像圖Fig.3 Images of Jinjiang ChenDai Town and XiBin Town area shoreline changea—1988年TM影像；b—1998年TM影像；c—2011年WV影像；d—3個時相遙感解譯海岸線位置比對圖

(2)第二階段為1998～2011年，隨著泉州地區(qū)城市化進程不斷深化和經濟的穩(wěn)步快速發(fā)展，對土地需求不斷上升，圍海造陸、新建碼頭等工程使岸線向灣內擴展，泥砂質岸線、基巖岸線向人工岸線轉變，主要分布于豐澤區(qū)東海(圖4)和石湖港區(qū)(圖5)等地的新城建設和碼頭建設。

圖4 豐澤區(qū)東海新城陸、海岸線變遷影像圖Fig.4 Images of FengZe east new city shoreline changea—1998年TM影像(30 m)；b—2011年WV影像(0.5 m)

圖5 石湖港海岸線變遷影像圖Fig.5 Images of ShiHu-port shoreline changea—1998年TM影像(30 m)；b—2011年SPOT5影像(2.5 m)

(3)石湖港至祥芝碼頭的岬控弧形砂質海岸在岬角控制作用下，岸段固沙能力相對較強，但是由于沙源單一和岸灘的泥沙供給量減少，以及海洋動力增強，導致了岸灘平衡剖面向岸或向海的移動。

(4)泉州沿海大通道的建設較大地改變了后渚大橋至崇武半島段的海岸線，再加上沿海岸線的城鎮(zhèn)、村莊、碼頭及人工海岸占比例過半。人工護岸或建筑占據了大量海灘灘面，破壞了海灘結構，對海灘的輸沙平衡造成很大影響。部分直立墻式的人工護岸，其下沒有堆石以破波消能，波浪來時遇到直立護岸，波能沒有得到及時耗散，在堤根產生強烈侵蝕，海灘沙被強烈沖刷、掏蝕，隨波浪帶走，致使灘面沉積物粗化，近岸海灘被侵蝕降低，護岸的根基易被侵蝕掏空，在波浪作用下破壞倒塌而造成岸線侵蝕。

4 結論

(1)基于3個時相的衛(wèi)星遙感數據，建立泉州灣4個主要類型海岸線影像解譯標志，采用自動提取、遙感解譯與GIS空間分析相結合的技術方法，可以有效地對泉州灣的海岸線時空變化情況進行監(jiān)測分析，研究分析該地海岸線變遷演化趨勢，闡述生態(tài)環(huán)境保護建議，有利于相關管理部門對沿海土地、水域及生態(tài)景觀做合理的布局與安排[9]。

(2)通過實地勘查驗證，綜合分析研究23年(1988～2011年)來泉州灣海岸的變遷情況，研究表明泉州灣屬于潮流、徑流和波浪綜合作用下的山地海灣，岸線變遷主要受人為活動影響，主要為圩垸養(yǎng)殖、填海造田、新城建設、港口碼頭建設和沿海公路建設等。岸線變遷最大的是泥質海岸，砂質和基巖海岸的變化較小，岸線變化主要集中于灣內西北岸，南、北岸則相對穩(wěn)定。

(3)隨著泉州社會經濟的發(fā)展和工業(yè)化進程的加速，海岸帶發(fā)展與保護的矛盾日益凸顯，已經出現(xiàn)了資源破壞和不合理利用等問題，主要有岸線資源和土地的無序開發(fā)、海濱景觀破壞、局部海域污染、基礎設施建設不當引起的局部破壞性開發(fā)等問題；侵占濕地、規(guī)模化(工廠化)養(yǎng)殖、岸線退蝕等生態(tài)問題。必須以新的觀念重新審視泉州灣海岸線生態(tài)景觀這份寶貴的資源，加強生態(tài)環(huán)境與生態(tài)景觀的保護，從規(guī)劃設計入手，遵循科學規(guī)劃和合理利用的理念，適度有序開發(fā)海岸線資源，促進泉州經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

本文承蒙張書煌教授級高級工程師的悉心指導、審閱，并提出寶貴修改意見，在此表示衷心感謝！參考文獻

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5 賴志坤.泉州灣海岸線變化特征的定量分析研究.海洋科學,2012,(8).

6 朱俊鳳,王耿明,張金蘭，等.珠江三角洲海岸線遙感調查和近期演變分析.國土資源遙感,2013,(3).

7 GB/T15968—2008 遙感影像平面圖制作規(guī)范.

8 于杰,杜飛雁,陳國寶,等.基于遙感技術的大亞灣海岸線的變遷研究.遙感技術與應用,2009,(4).

9 王琳,徐涵秋,李勝.廈門島及其鄰域海岸線變化的遙感動態(tài)監(jiān)測.遙感技術與應用,2005,(4).