不同類型海岸線遙感解譯標志建立和提取方法研究

孫偉富，馬 毅，2，張 杰，2，劉善偉，任廣波

(1.國家海洋局第一海洋研究所，山東青島266061;2.海洋環境科學與數值模擬國家海洋局重點實驗室，山東青島266061)

不同類型海岸線遙感解譯標志建立和提取方法研究

孫偉富1，馬 毅1，2，張 杰1，2，劉善偉1，任廣波1

(1.國家海洋局第一海洋研究所，山東青島266061;2.海洋環境科學與數值模擬國家海洋局重點實驗室，山東青島266061)

傳統的海岸線現場測量方式費時費力，且個別地區難以到達，遙感技術的出現為海岸線的獲取提供了重要手段，可彌補傳統方式的不足。應用SPOT 5影像，通過野外實地踏勘獲取的現場資料及經驗，分析各種海岸類型在影像中的特征，從顏色、紋理、地物鄰接關系等方面建立海岸類型的遙感解譯標志，提出基巖岸線、砂質岸線、粉砂淤泥質岸線、生物岸線和人工岸線的提取原則。經與實測岸線對比，海岸線解譯標志和提取原則獲取的海岸線在細節上更加合理、準確。

遙感;海岸線提取;解譯標志

一、引 言

海岸線是陸地與海洋的分界線，在我國是指多年大潮平均高潮位時的海陸分界線［1］。海岸線與海岸保護及利用、海域使用、海洋執法等活動密切相關，是海岸帶綜合管理的基礎數據。

傳統的海岸線獲取方法主要基于常規測量手段，通過測量拐點坐標，順序連接后形成岸線。實測拐點的疏密在一定程度上影響了所獲取的海岸線位置的準確性，特別是一些淤泥質潮灘和陡崖海岸，拐點測量困難或無法到達。另外，常規測量手段耗時較長，人力物力消耗巨大。

遙感具有大范圍同步、高效、經濟的優點，尤其是高分辨率遙感具有較高的空間分辨率和定位精度，可彌補常規海岸線測量方法的不足。國內外學者對基于遙感手段的海岸線信息提取方法開展了大量的研究，可以歸納為兩類:第一類是瞬時水邊線的提?。?-6］，第二類是基于嚴格定義的海岸線提?。?-8］。第一類研究把海岸線和瞬時水邊線混淆，沒有考慮潮汐的變化對其所謂“岸線”位置的影響;第二類研究考慮了海岸線與潮汐的關系，但沒有給出具體的海岸線遙感解譯標志及提取原則。

我國近海海洋綜合調查與評價專項(簡稱908專項)設置有海島海岸帶衛星遙感調查任務，海岸線是其主要調查內容之一。該任務將海岸線類型劃分為基巖岸線、砂質岸線、粉砂淤泥質岸線、生物岸線和人工岸線等五類，本文基于908專項獲取的SPOT 5影像，通過野外實地踏勘，分析各種海岸類型在影像中的構象特征，從顏色、紋理、地物鄰接關系等方面建立海岸類型的遙感解譯標志，提出上述五類岸線的提取原則，并與實測岸線進行對比。

二、數據源

本文應用的SPOT 5衛星遙感影像數據，其全色和多光譜影像空間分辨率分別為2.5 m和10 m，包括近紅外、紅、綠、短波紅外等四個波段，利用主成分分析的方法進行融合?；谛艠瞬罘諫PS采集的亞米級控制點和1∶50 000萬比例尺DEM數據，對全色和多光譜影像的融合數據進行正射校正，校正后影像的平面定位精度優于±5 m。

三、海岸線遙感解譯標志和提取原則

基于校正后的SPOT 5融合影像，通過野外實地踏勘，以近紅外、紅、綠波段組合后的假彩色影像為例，從色彩、紋理、地物鄰接關系等方面建立不同海岸類型的遙感解譯標志，提出基巖岸線、砂質岸線、粉砂淤泥質岸線、生物岸線和人工岸線等五類岸線的提取原則。

1.基巖岸線

基巖岸線位于基巖海岸之上，基巖海岸由巖石組成，常有突出的海岬和深入陸地的海灣，岸線比較曲折。

基巖海岸有明顯的起伏狀態和巖石構造，在北方常有海珍品養殖池，近岸水深較大，在遙感影像上顏色較深，破波帶呈亮白色(見圖1中a點)，近岸礁石呈灰白色，分布散亂，且亮度不均，紋理粗糙(見圖1中b點)，海岸養殖池一般呈塊狀分布，顏色近于海水(見圖1中c點)。海岸植被根據不同的長勢呈淺紅色或暗紅色(見圖1中d點)，裸巖呈灰白色(見圖1中e點)，建筑物的亮度較高，呈白色(見圖1中f點)。

在影像中，基巖岸線的位置應在明顯的水陸分界線上(圖1中黑線)。礁石、破波帶以及養殖區等位于岸線的向海一側;植被、裸巖和建筑物等應位于岸線向陸一側。

圖1 基巖岸線

2.砂質岸線

砂質岸線位于砂質海岸上，砂質海岸常分為一般砂質海岸和具有陡崖的砂質海岸兩類［9］。下面就這兩種海岸給出砂質岸線的遙感解譯標志。

1)砂質海岸一般比較平直，海灘上部因大潮潮水搬運，常常堆積成一條與岸平行的脊狀砂質沉積——灘脊［9］。灘脊的位置即為海岸線位置，一般在干燥的砂灘下限處，堆積成一條痕跡線。海岸的干燥灘面光譜反射率較高，在影像上表現為白亮的區域(見圖2中a點)，灘脊痕跡線處堆積有植物碎屑、雜物等，亮度較低(見圖2中b點)，海水的光譜反射率較低，含水量較高的砂灘光譜反射率也較低，在影像上表現略暗(見圖2中c點)。

在遙感影像中，砂質岸線的位置應取在灘脊痕跡線上限處(見圖2中黑線)。

2)具有陡崖的砂質海岸一般無灘脊發育，海灘與基巖岸直接相鄰［9］，陡崖有明顯的基巖海岸紋理特征，其影像表現如上所述，陡崖下部灘面長期被海水浸沒，含水量高，在影像上顯示為灰色或灰白色，紋理平滑(見圖3中a點)。

圖2 一般砂質海岸

在遙感影像中，這類海岸線位置應位于陡崖基部與沙灘的交線上(見圖3中黑線)。

圖3 具有陡崖的砂質海岸

3.粉砂淤泥質岸線

粉砂淤泥質岸線位于淤泥質海岸上，這種海岸主要由潮汐作用形成，受上沖流的影響，灘面坡度平緩，灘面寬度可達數千米甚至更寬［9］。

粉砂淤泥質海岸向陸一側一般植被生長茂盛，呈紅色或暗紅色(見圖4中a點)，向海一側植被較為稀疏呈淺紅色(見圖4中b點)或沒有植被(見圖4中c點)，裸露潮灘上多有樹枝狀潮溝發育(見圖4中d點)。

大潮上水淹沒潮灘，致使淹沒范圍內高潮線處植被極其稀疏，在影像中，植被茂盛與稀疏程度明顯差異處即為粉砂淤泥質岸線所在位置(見圖4中黑線)。

圖4 粉砂淤泥質岸線

4.生物岸線

生物岸線一般分為紅樹林岸線、珊瑚礁岸線和蘆葦岸線，分別位于紅樹林海岸、珊瑚礁海岸和粉砂淤泥質海岸上。紅樹林以紅樹科植物為主，多分布在河口附近潮灘、水陸交界處，具有向海延伸的能力。一般均成片分布，在遙感影像中表現為紅色;與陸地植被相比，顏色較暗且形狀不規則;多沿海岸分布，紋理平滑，有立體感(見圖5中a點)。紅樹林附近養殖區布局規則，紋理呈長條狀，空間分布集中，顏色近于海水(見圖5中b點)，陸地植被表現為紅色，顏色較深(見圖5中c點)。

紅樹林生長在潮灘上或海岸沼澤區，平均大潮高潮淹沒潮灘及沼澤區，紅樹林內邊界即為高潮線位置，因此，紅樹林生物岸線的位置確定在紅樹林內邊界上(見圖5中黑線)，海岸線以下為紅樹林，以上為養殖區和陸地植被等。

圖5 紅樹林岸線

珊瑚礁岸線位于珊瑚礁海岸上，我國珊瑚礁主要分布在臺灣島和海南島的沿岸以及南海諸島的128個以環礁為主要類型的礁區［10］，珊瑚礁海岸由珊瑚砂堆積而成，光譜反射率很高，在影像上表現為白亮，紋理平滑，珊瑚砂外圍為礁盤，礁盤區域常被海水浸沒，水深較淺，光譜反射率稍低于珊瑚砂，岸線確定方法同一般砂質岸線。

蘆葦岸線位于生長蘆葦的淤泥質灘涂上，在沼澤、河口等淺水濕地形成密集的群落，由陸向海逐漸稀疏。在影像中，這類岸線確定在蘆葦茂盛與稀疏程度明顯差異處，海岸線向海一側與向陸一側的表現形式如上所述。

5.人工岸線

人工岸線是人工建筑物形成的岸線，建筑物一般包括防潮堤、防波堤、碼頭、凸堤、養殖區和鹽田等。

防潮堤、防波堤等建筑物在影像上一般亮度較高，呈白色，狹長延伸分布紋理平滑(見圖6中a點);堤外為淤泥質灘涂，顏色灰暗，比裸地略淡(見圖6中b點)。海岸線位置確定在建筑物的外緣(見圖6中黑線)。

碼頭處多有居民區或工廠等，一般成規模分布，有一定的亮度，但不均勻，有清晰的水泥紋理特征，道路錯綜復雜，呈網狀，容易確認(見圖7中a點)。碼頭處凸堤在影像中多呈白色，明顯的細長條狀突出(見圖7中b點)，此處的海岸線位置為碼頭外邊界，橫截寬度小于20 m的凸堤處海岸線位置確定在凸堤根部與陸地相連的連線處(見圖7中黑線)。

圖6 沿海大堤

圖7 碼頭

養殖區岸線位于基巖海岸或粉砂淤泥質海岸上。養殖區布局規則，呈長條狀，空間集中分布，顏色近于海水(見圖8中a點);養殖池在干涸情況下，影像上表現很像裸地，呈灰色或灰白色(見圖8中b點);陸地植被根據疏密程度呈淺紅色至暗紅色(見圖8中c點);大潮高潮不能淹沒養殖區外邊緣，海岸線位置確定在養殖區的外邊緣上(見圖8中黑線)。

圖8 養殖區

鹽田岸線位于鹽田海岸上，鹽田分布在淤泥質潮灘上，規則小型方塊連續大面積分布，且一般都分布對稱(見圖9中a點);蒸發池顏色近于海水(見圖9中b點)，而結晶池因為含有大量海鹽呈白色，亮度較高(見圖9中c點);陸地植被與建筑物同養殖區岸線所述;海岸線位置的確定同養殖區岸線的確定方法，在鹽田區域的外邊界(見圖9中黑線)。

圖9 濱海鹽田

四、與實測岸線的對比

以908專項山東省修測岸線為例，該岸線是由現場測量與遙感提取相結合的方式獲得的。將山東省修測海岸線與遙感影像疊加對比，對比結果表明基巖岸線、砂質岸線、粉砂淤泥質岸線以及人工岸線等岸線位置符合本文提出的遙感海岸線解譯與提取原則，岸線準確提取，精度較高。

908專項江蘇省修測岸線修測采用的是現場實測拐點，然后順序連接形成岸線的方法。將連云港地區使用該方法獲取的岸線與本文提出的遙感提取岸線原則獲取的岸線疊加顯示(如圖10所示，其中白線為遙感岸線，黑點為實測拐點，黑線為連接拐點獲得的修測岸線)。通過對比不難發現，遙感提取岸線與現場調查岸線局部細節差異較大，原因是測量的拐點較疏和局部地區無法到達，導致局部地方測量岸線與實際岸線不符，不能準確表示海岸線的實際位置，而遙感技術可以彌補這一不足，確保提取的海岸線在細節上的合理性和準確性。

圖10 遙感岸線與實測岸線比對

五、結論與討論

本文基于908專項獲取的海島海岸帶SPOT 5影像，根據實地踏勘資料及解譯經驗，在分析各種海岸類型在影像中特征的基礎上，從顏色、紋理和地物鄰接關系等方面建立海岸類型的遙感解譯標志，提出基巖岸線、砂質岸線、粉砂淤泥質岸線、生物岸線和人工岸線等五類岸線的提取原則。經與現場實測岸線對比，證明本文提出的海岸線遙感提取原則是合理、準確的。

傳統的海岸線測量方式周期長、代價高，遙感具有大范圍同步、高效和經濟的優點，可以高效、經濟地實現海岸線信息的獲取，是海岸線變遷、海岸侵蝕淤積動態監測的重要技術手段。

雖然遙感技術在海岸線提取方面具有優勢，但遙感存在無法有效解決的同物異譜和同譜異物的現象，因此，在海岸線類型解譯及提取過程中，現場踏勘工作仍然不可缺少。

［1］國家質量技術監督局.GB/T 18190—2000海洋學術語·海洋地質學［S］.北京:中國標準出版社，2000.

［2］杜濤，張斌.小波技術分析遙感圖像確定岸線位置的研究［J］.海洋科學，1999(4):19-21.

［3］NIEDERMEIER A，BEN E R，LEHNER S.Detection of Shorelines in SAR Images Using Wavelet Methods ［J］.IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，2000，38(5):2270-2281.

［4］歐陽越，鐘勁松.基于改進水平截集算法的SAR圖像海岸線檢測［J］.遙感技術與應用，2004，19(6):456-460.

［5］樊彥國，張淑芹，侯春玲，等.基于遙感影像提取海岸線方法的研究:以黃河三角洲地區黃河口段和刁口段海岸為例［J］.遙感應用，2009(4):67-70.

［6］王琳，徐涵秋，李勝.廈門島及其鄰域海岸線變化的遙感動態監測［J］.遙感技術與應用，2005，20(4):404-410.

［7］孫美仙，張偉.福建省海岸線遙感調查方法及其應用研究［J］.臺灣海峽，2004，23(2):213-218.

［8］馬小峰，趙東至，刑小罡，等.海岸線衛星遙感提取方法研究［J］.海洋環境科學，2007，26(2):185-189.

［9］國家海洋局908專項辦公室.我國近海海洋綜合調查與評價專項海岸線修測技術規程［M］.試行本.北京:海洋出版社，2007.

［10］張喬民，余克服，施祺，等.中國珊瑚礁分布和資源特點［C］∥提高全民科學素質、建設創新型國家:2006中國科協年會論文集(下冊).北京: ［s.n.］，419-423.

Study of Remote Sensing Interpretation Keys and Extraction Technique of Different types of Shoreline

SUN Weifu，MA Yi，ZHANG Jie，LIU Shanwei，REN Guangbo

0494-0911(2011)03-0041-04

P237

B

2010-05-05

高技術研究發展計劃“863”(2009AA121403);我國近海海洋綜合調查與評價專項(908-01-WY02、908-01-WY06、908-01-WY08)共同資助

孫偉富(1983—)，男，山東招遠人，碩士生，主要研究方向為海洋遙感應用。