李 妍，趙新生

（連云港市海灣生態(tài)與自然遺跡海洋特別保護區(qū)管理處，江蘇 連云港222001）

1 引言

海洋特別保護區(qū)是海洋生態(tài)保護的重要手段之一，也是海洋生態(tài)文明建設不可或缺的一環(huán)。海州灣國家級海灣生態(tài)系統(tǒng)與自然遺跡海洋特別保護區(qū)自2008年成立以來，一直致力于實現(xiàn)對保護區(qū)的有效管理，并取得了初步進展。但較之以陸地保護區(qū)，海洋保護區(qū)遠離陸地，缺乏監(jiān)管手段，實現(xiàn)實時監(jiān)控有一定難度。在國家大力建設“數(shù)字海洋”的背景下，以實現(xiàn)對保護區(qū)海域監(jiān)測的動態(tài)化、可視化、智能化的立體監(jiān)測為目標，開展保護區(qū)數(shù)字化監(jiān)測研究，對于合理開發(fā)利用海洋資源、保護海洋生態(tài)，減少保護區(qū)資源管護、巡護的人力、物力投入，推進保護區(qū)信息化建設，促進海洋生態(tài)文明建設，具有重要的實際意義。

2 保護區(qū)基本情況

海州灣海洋特別保護區(qū)以秦山島為中心劃定，南側和西側以現(xiàn)有海岸線為界，東側和北側界限依據(jù)連云港人工魚礁工程區(qū)的東界和北界劃定，總面積達490 137km2。保護區(qū)按功能劃分為4個區(qū)：生態(tài)保護區(qū)、資源恢復區(qū)、生態(tài)環(huán)境整治區(qū)各一塊，開發(fā)利用區(qū)兩塊。

保護區(qū)獲批之后，成立了海洋生態(tài)特別保護區(qū)管理處，掛靠連云港市海域使用保護動態(tài)管理中心，為副處級事業(yè)單位，內(nèi)設生態(tài)保護科，總編制24人。出臺了《保護區(qū)管理暫行辦法》。開展實施保護區(qū)及功能區(qū)界標識工程，對保護區(qū)四址及生態(tài)保護區(qū)界線等進行標識。建設保護區(qū)海上管理平臺，用于漁業(yè)增養(yǎng)殖、休閑垂釣、海上旅游、海上執(zhí)法管理和環(huán)境監(jiān)測預報等多種用途。開展海洋牧場等資源修復工作，自2012年已累計完成建設資金5 568萬元，投放人工魚礁179 784.73空m3，形成海洋牧場130km2，海州灣海域的海洋生物資源得到了較好恢復，取得了良好的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益。

3 存在問題

雖然保護區(qū)成立以來，做了許多工作取得了一定的成績，但也要看到其中存在的問題。

（1）在海洋行政管理中的參與度不夠，保護區(qū)管理處的職能未能完全發(fā)揮。2009年3月在連云港市政府高度重視下，成立連云港市海州灣海灣生態(tài)與自然遺跡海洋特別保護區(qū)管理處，是直屬連云港市海洋與漁業(yè)局副處級事業(yè)單位，是在原市海域使用保護動態(tài)管理中心基礎上增掛管理處牌子，一套班子，兩套牌子?？剖也季旨叭瞬排鋫洳荒軌蛲瓿蓜偃伪Ｗo區(qū)管理處的管理職能。如：沒有獨立的科研、環(huán)境監(jiān)測，以及執(zhí)法部門。

（2）保護區(qū)建設經(jīng)費有限。資金是保護區(qū)工作開展以及正常運行的首要保證?，F(xiàn)階段海州灣海洋特別保護區(qū)的資金來源主要是向國家或省級項目主管部門申請保護區(qū)內(nèi)的部分建設項目爭取資金。而大部分項目的建設還需要自籌資金。從實際情況來看，若要依靠項目建設資金來推動保護區(qū)長期高效的發(fā)展較為困難。海洋保護區(qū)與陸地上的保護區(qū)不同，對基礎設施、科研水平要求相對來說要高很多。資金投入不足將會直接影響到保護區(qū)日常工作的展開。

（3）沒有形成對保護區(qū)管轄范圍的常規(guī)監(jiān)測。目前，管理處的監(jiān)測重點仍然延續(xù)以往的重點用海項目的監(jiān)視監(jiān)測。而保護區(qū)的管理范圍大部分都在海上，常規(guī)的陸地監(jiān)測手段不能完全適應海上監(jiān)測的需要。而使用人力巡航，一是人員數(shù)量不夠，二是經(jīng)費不夠，難度很大。

4 保護區(qū)監(jiān)測方案研究

針對以上保護區(qū)管理面臨的難題，擬通過采取科學、合理、有效的措施，利用包括三維立體監(jiān)管體系在內(nèi)的多種技術手段對保護區(qū)實施動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測，為提升保護區(qū)管理提供可供借鑒的技術手段，做有益的嘗試和探索。

4.1 監(jiān)測手段

監(jiān)測手段的確定是實現(xiàn)業(yè)務化遙感監(jiān)測的基礎環(huán)節(jié)。對于本項目研究的保護區(qū)而言，可采用無人機航空、衛(wèi)星遙感和現(xiàn)場綜合的監(jiān)測手段，無人機航空遙感具有高空間分辨率的優(yōu)勢，衛(wèi)星遙感雖然只具有中空間分辨率，但具備高時間分辨率重訪監(jiān)測的特點，現(xiàn)場監(jiān)測雖然費時費力，但具有監(jiān)測精度高的優(yōu)點，同時可為上述遙感手段提供驗證。對于海州灣海灣生態(tài)與自然遺跡海洋特別保護區(qū)而言，航空、衛(wèi)星和現(xiàn)場聯(lián)合的監(jiān)測技術手段，能夠提供大面積、實時或準實時、高精度的監(jiān)測數(shù)據(jù)，而且連云港市海域使用保護動態(tài)管理中心已經(jīng)具備無人機航空、衛(wèi)星遙感和現(xiàn)場監(jiān)測綜合的技術能力。

4.2 監(jiān)測范圍

監(jiān)測范圍的確定是實現(xiàn)業(yè)務化遙感監(jiān)測的首要環(huán)節(jié)。對于保護區(qū)遙感監(jiān)測范圍而言，其內(nèi)部以及周邊相鄰地區(qū)受到不同程度的人類活動影響，而且周邊相鄰地區(qū)對保護區(qū)內(nèi)部也有著不可分割的影響，因此在保護區(qū)的遙感監(jiān)測中，對周邊相鄰地區(qū)的遙感監(jiān)測也是必不可少的。而周邊地區(qū)的范圍如何確定，要根據(jù)保護區(qū)所處地域特點、受到人類活動影響程度、遙感監(jiān)測的工作量等來確定。

海州灣海洋特別保護區(qū)處于海岸帶區(qū)域，人類開發(fā)活動對其影響較大，因此在保護區(qū)的遙感監(jiān)測中，對周邊相鄰地區(qū)的遙感監(jiān)測也是必不可少的。海州灣監(jiān)測范圍如圖1所示：

4.3 數(shù)據(jù)源

能夠及時獲取適合監(jiān)測需求的遙感數(shù)據(jù)是遙感技術業(yè)務化應用的關鍵基礎環(huán)節(jié)，一旦實現(xiàn)業(yè)務化應用，對遙感影像數(shù)據(jù)的需求量將是很大的。

目前連云港市海域使用保護動態(tài)管理中心擁有測繪型固定翼無人機和監(jiān)視型懸翼無人機（圖2、圖3），可獲取保護區(qū)重點目標的0.02m高分辨率的遙感影像和現(xiàn)場視頻資料（圖4、圖5）。

4.4 監(jiān)測頻次

遙感監(jiān)測頻次的選擇是業(yè)務化遙感監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)，頻次的選擇要綜合考慮發(fā)生的某些自然或人為事件對不同監(jiān)測要素的影響程度。針對監(jiān)測范圍的重點程度不同，保護區(qū)內(nèi)核心區(qū)、緩沖區(qū)和實驗區(qū)的管理保護以及受到人類活動影響的程度不同，因此，重點區(qū)域如核心區(qū)應選擇具有高空間分辨率的無人機航空和現(xiàn)場監(jiān)測手段，大面的監(jiān)測采用高時間分辨率的衛(wèi)星遙感影像來進行，如 HJ－1A/1B的時間分辨率為2d，滿足監(jiān)測需求。

國家海洋局發(fā)布了《海洋自然保護區(qū)監(jiān)測技術規(guī)程》，要求在保護區(qū)建成后，對保護區(qū)要進行每年兩次的常規(guī)現(xiàn)場監(jiān)測，可選擇5、10月份，每次監(jiān)測采樣時間應與上一年相同。通過與實地的溝通了解，保護區(qū)所采取的人工巡護頻次因3個區(qū)的劃分而不同，由于核心區(qū)是保護區(qū)所屬的具有代表性自然地帶，由原生性自然生態(tài)系統(tǒng)組成，是保護區(qū)的核心，因此該區(qū)每天都要進行人工巡護；而緩沖區(qū)是核心區(qū)外圍的半開發(fā)地區(qū)，某些程度上已受到人類活動的影響和破壞，但仍有可能恢復為原生性生態(tài)系統(tǒng)的地段，緩沖區(qū)可以開展試驗性或生產(chǎn)性研究，其主要作用是緩和對核心區(qū)的破壞，因此該區(qū)的巡護頻次分為定期和不定期，定期的一般是一周一次，遇有突發(fā)臨時事件會加強巡護；實驗區(qū)是緩沖區(qū)周圍地段，這一區(qū)域主要用于合理開發(fā)、利用自然資源的研究，為當?shù)丨h(huán)境保護及自然資源合理開發(fā)利用提供示范作用，該區(qū)的巡護頻次同緩沖區(qū)。遙感監(jiān)測在保護區(qū)的頻次要綜合考慮以上兩點，以及成本、工作量等方面的因素，從高分辨率和低分辨率兩種遙感數(shù)據(jù)源考慮，以高頻次的低分遙感數(shù)據(jù)作為低頻次的高分遙感數(shù)據(jù)的補充，建議對于高分辨率遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)源，在核心區(qū)以季度為單位進行遙感監(jiān)測，緩沖區(qū)可以半年為單位，實驗區(qū)和周邊地區(qū)以年為間隔來進行遙感監(jiān)測；對于低分辨率遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)源，遙感監(jiān)測頻次在核心區(qū)可兩個月一次，緩沖區(qū)為一個季度一次，實驗區(qū)和周邊地區(qū)為半年一次，并且整個研究區(qū)的監(jiān)測頻次要根據(jù)突發(fā)的某些自然事件或人為干擾而進行隨時的調整。

4.5 監(jiān)測要素

《海洋自然保護區(qū)監(jiān)測技術規(guī)程》要求，所有海洋保護區(qū)都要對下列要事進行監(jiān)測。

（1）海域環(huán)境要素進行監(jiān)測。主要監(jiān)測項目包括水溫、鹽度、溶解氧、汞、鎘等化學元素，另外還應對生物介質中污染物含量進行監(jiān)測；

（2）人為活動影響狀況監(jiān)測，包括旅游、交通、海水養(yǎng)殖、海洋捕撈、資源開發(fā)等人為活動對保護區(qū)生境及保護對象的影響狀況進行監(jiān)測；

（3）保護對象監(jiān)測，包括各類生態(tài)系統(tǒng)以及保護種類的種群結構等。

“908專項海島海岸帶衛(wèi)星遙感調查”的調查要素包括：岸線、潮間帶、土地利用、植被、濕地、圍填海、港口、排污口等14個類型。結合《規(guī)程》和衛(wèi)星遙感調查能力，在確定了研究區(qū)域的地物分類體系的基礎上，基于對自然保護區(qū)的脅迫因素的分析，確定研究區(qū)域業(yè)務化遙感監(jiān)測要素，監(jiān)測要素包括：潮間帶、土地利用、植被和濕地。其中，對某些適宜生境類型以及受到人類活動影響較大的地物類型，進行重點監(jiān)測。另外，還應對要素的現(xiàn)狀、要素的變遷狀況等進行遙感監(jiān)測。要素的現(xiàn)狀是依據(jù)監(jiān)測頻次，對要素的面積和分布等進行監(jiān)測，并對面積、所占比重做統(tǒng)計分析，繪制相應的統(tǒng)計圖、表等。要素的變遷狀況是根據(jù)要素在各個頻次所記錄的現(xiàn)狀進行對比分析，得出遙感監(jiān)測動態(tài)變化圖，進而為保護區(qū)的下一步管理和保護工作的開展提供依據(jù)。

4.6 專題圖制作

要素專題圖的制作是針對信息提取的結果，基于對遙感監(jiān)測要素的考慮，進行制圖輸出，出圖的內(nèi)容包括：

（1）圖框：所有要素專題圖均采用統(tǒng)一的圖框樣式，本文中所生成的專題圖采用單線樣式，30′間隔的經(jīng)緯度外框；

（2）注記規(guī)范：包括要素圖名、基礎地理、行政注記、縣級行政界線等，要素圖名統(tǒng)一按照“＊＊年＊＊保護區(qū)遙感監(jiān)測專題圖（××）”，其中＊＊處填寫專題圖制作時所依據(jù)遙感影像的年份以及具體的保護區(qū)名稱，××處填寫專題圖所屬的類型；基礎地理主要包括待輸出的各要素；行政注記包括保護區(qū)所涉及到的區(qū)、縣（市）；行政界線主要是縣級行政界線；

（3）圖面整飾：包括比例尺、指北針、圖例以及文字說明的統(tǒng)一設置。

4.7 現(xiàn)場踏勘

現(xiàn)場踏勘所獲取的數(shù)據(jù)主要服務于遙感影像的預處理、遙感解譯標志庫的建立等?？梢栽谶b感監(jiān)測區(qū)域搭建GPS平臺和現(xiàn)場觀測平臺，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集，包括地面控制點和現(xiàn)場照片以及視頻數(shù)據(jù)的采集。利用精準的地面控制點，對遙感影像進行幾何校正；利用現(xiàn)場照片和視頻數(shù)據(jù)，建立監(jiān)測區(qū)域遙感解譯標志庫。

地面控制點位置和數(shù)量的選擇對于遙感影像的預處理是很重要的。首先要選擇原始影像上影像紋理清晰、特征明顯、易于識別地面突變點的地方，來作為控制點，如線狀地物的交角或地物拐角處、道路的交叉口、河流和溝渠的分叉處、養(yǎng)殖池塘拐角處等，角度范圍最好是30°～150°。其次是控制點數(shù)量的選擇，理論上控制點的數(shù)目越多精度越大，但還要兼顧校正工作量大的問題，因此在實際操作中要根據(jù)原始影像的幾何畸變程度確定。

不同的遙感數(shù)據(jù)源對控制點精度以及數(shù)量的要求不同，但無論是哪種數(shù)據(jù)源，精度要求控制在影像的1個像元以內(nèi)，針對本文所采用的遙感數(shù)據(jù)分辨率均為30m，因此控制點精度應該小于1個像元單位即30m；控制點的數(shù)量是針對幾何校正時所選取的方法而言。中誤差控制在1個像元以內(nèi)，滿足精度要求。地面控制點利用信標差分GPS（DGPS）進行采集，DGPS接收交通部海事局在沿海設置的無線電導航信標臺所發(fā)射的差分修正信號，使得所采集的控制點的定位精度達到亞米級。實地控制點測量記錄時，除記錄測量控制點的位置及周圍地物信息之外，還應準確標記控制點所在路口的準確位置。

解譯標志體現(xiàn)了遙感影像地物信息的構像結果與現(xiàn)場觀測的地物類別間的對應關系，是對遙感影像進行準確解譯的基礎和依據(jù)。影像解譯之前，通過實地踏勘的方式建立影像中地物類型的遙感解譯標志是非常重要和必要的。解譯標志的建立方式：在踏勘之前，根據(jù)經(jīng)驗對影像進行初步的地物判讀，制作地物判讀圖，獲得未知地物、不能確定地物和重點調查地物類型的位置和分布，加以標記，以備踏勘時了解和確認；踏勘中，到達標注地物所在區(qū)域，在確定其與遙感影像中情況無明顯差別后，辨認實地地物類型與分布情況，做記錄并拍照；踏勘之后，以研究區(qū)域中地物分類體系為綱，利用遙感影像截圖和文字描述或加配現(xiàn)場照片的方式建立解譯標志。

5 結語

近日，國家海洋局印發(fā)了海洋生態(tài)文明建設實施方案，明確提出要開展國家級海洋保護區(qū)規(guī)范化能力提升工程。而監(jiān)測能力是實現(xiàn)對保護區(qū)有效管理的重要途徑之一，通過對保護區(qū)數(shù)字化監(jiān)測進行研究，為實現(xiàn)對保護區(qū)行之有效的監(jiān)視監(jiān)測做了有益的探索。最終將提高保護區(qū)管理工作的效率，提升管理水平，為海洋資源的有序開發(fā)和海洋開發(fā)的綜合決策提供技術支撐。

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