遥感影像与专题地图在海岸带地物识别中的应用

遥感影像与专题地图在海岸带地物识别中的应用周晔（南京师范大学地理科学学院，210097，江苏南京）[摘要]本文首先通过对遥感及其分辨率与地图及其比例尺的介绍，揭示了遥感影像与地图之间相互关系，即栅格与矢量的关系。随后以江苏省沿海中部大丰市王港附近地区的海岸带的土地利用及土地覆盖状况的调查为例，分析了通过对遥感影像的判读来了解其土地覆盖类型，并判断其土地利用的类型，同时我们通过对专题地图的判断来证实土地利用类型的恰当与否。研究证明，取得了较好的效果。[关键词]海岸带，遥感影像，专题地图，分辨率，比例尺，应用0引言丰富的资源，优越的自然条件和良好的地理位置，是海岸带成为人类活动最活跃和最集中的地域，世界人口的三分之一居住在各大陆上宽约60公里的沿海地带，海岸带对人类的生存和发展发挥着巨大的作用。我国拥有着长达18000多公里的大陆海岸线和14000公里岛屿岸线，开发历史悠久，经济发达，特别是近年来，随着沿海地区经济的快速发展，海岸带资源开发力度的进一步加大，为了合理开发海岸带资源和保护好环境迫切需要快速、准确地获取海岸带的实时的、动态的资料和数据，为了海岸带开发利用规划及监测管理提供科学依据，遥感技术作为目前发展最为迅速的高技术领域之一，在其中起到了重要的作用。我们可以通过对遥感影像的判读来了解其土地覆盖类型，并判断其土地利用的类型，同时我们通过对地图的判读来证实土地利用类型的恰当与否。1地图比例尺1.1地图地图是遵循一定的数学法则，将客体（一般指地球，也包括其它星体）上的地理信息，通过科学的概括，并运用符号系统表示在一定载体上的图形，以传递它们的数量和质量在时间与空间上的分布规律和发展变化[1]。地图的载体有不同的介质，最常见的是纸与屏幕，它们有共同的构成要素，即图形要素、数学要素、辅助要素及补充说明。图形要素是地图所表示内容的主体。而数学要素是保证地图具有可量性、可比性的基础。它主要包括地图投影、坐标系统、比例尺、控制点等。1.2地图比例尺要把地球表面多维的景物和现象描写在二维有限的平面图纸上，必然遇到大与小的矛盾。解决矛盾的办法就是运用上面所谈及到的比例尺，按照一定的数学法则，运用符号系统，经过制图概括，将有用的信息缩小表示。为了使地图的制作者能按实际需要的比例制图，也为了使地图的使用者能够了解地图与制图区域之间的比例关系，以便用图，在制图之前必须明确制定制图区域的缩小的比例。可以看出，比例尺是表示地图图形相对于地面实体的整体缩小程度，具体指的是图上长度与相应地面之间的长度比例，即L/D=1/M。式中L代表图上距离，D代表与L相对应的地面距离。L与D均为同一长度单位，通常将分式中的分子即图上距离作为1，分母即地面距离与对应图上距离的倍数。例如：在1：10000图上，量得两点之间距离为15cm，则实地地面距离D=15cm×10000=150000cm（即1.5km）。我们可以按比例尺的大小，将地图分为大、中、小三类。大于1:10万（包括1:10万）比例尺的地图，称为大比例尺地图；小于1:10万，大于1:100万比例尺地图，称为中比例尺地图；小于1:100万（包括1:100万）的比例尺地图，称为小比例尺地图。我国把1:100万、1:50万、1:25万、1:10万、1:5万、1:2.5万、1:1万、1:5千这8种比例尺的地形图规定为国家基本比例尺系列地形图。对于不同比例尺的地形图，其几何精度和内容详细程度都有很大区别。因此，具体用途和服务对象也有所不同。例如1:1万地形图是国家重点建设项目和农田基础设施的基本用图；1:5万地形图多用于重点工程的规划设计和布局，以及地质、水文等自然资源的普查或综合调查；1:100万的小比例尺地形图，由于它的制图概括比较高，所以在图上只能反映地理要素的最主要特征。在国民经济建设中，可用以从宏观上了解国家的自然条件和资源的基本情况，以及进一步制订自然田间改造和资源开发利用的总体规划。同时也是编制小比例尺普遍地图的基本资料。2遥感空间分辨率2.1遥感技术遥感（RemoteSensing,RS）通常是指通过某种传感器装置，在不直接接触的情况下，获取研究对象特征信息，并对这些信息进行提取、加工，表达和应用的一门综合性的科学和技术[2].狭义地理解，遥感主要是指空对地的遥感，它主要以电磁波为媒介，利用目标物体放射和反射电磁波的特征不同来获取地球表面信息[3].从总体上看，遥感技术系统的工作过程由三个基本环节组成[4],即遥感数据获取、处理和应用，反映遥感技术系统中的信息过程。2.2遥感空间分辨率遥感数据（主要使图像数据）获取技术系统主要包括遥感平台、遥感器、数据传输和数据前处理技术。遥感平台是用来搭载各种遥感器的运载工具，它的运行高度、运行周期和稳定性直接影响遥感影像获取的范围、频度及空间分辨率、图像畸变等重要特征。遥感影像归纳为三方面特征，即几何特征，物理特征和时间特征。这三方面特征的表现参数即为空间分辨率，光谱分辨率和时间分辨率。我们所提到的遥感分辨率就是指空间分辨率，即，地面分辨率，指遥感仪器所能分辨的最小目标的实地尺寸，也就是遥感影像上一个像元所对应的地面范围的大小。或是地面物体能分辨的最小单元。例如Landsat-TM的1~5和7波段，一个像元对应的地面范围是28.5m×28.5m,概略说其空间分辨率为30m。航天遥感的空间分辨率不断在提高。20世纪60年代，卫星遥感的空间分辨率主要以千米计，70年代突破100米，80年代突破30米，80年代中期达到20-10米，目前商业卫星遥感影像数据则可达米级，军用侦察卫星数据则可达厘米级甚至更高。例如美国的“海洋卫星”（Seasat）的空间分辨率为25m；加拿大的“雷达卫星”（Radarsat）的空间分辨率为1300m等。2.3各种遥感目的对空间分辨率的要求由于遥感制图是利用遥感影像来提取专题制图信息的，因此在遥感影像空间分辨率时要考虑以下两点因素：一是判读目标的最小尺寸；二是地图的成图比例尺。所谓判读目标就是专题制图的制图对象对空间不同规模的制图对象的判读与识别，在遥感影像的空间分辨率方面都有相应的要求（表1.）[5]表1各种遥感目的对空间分辨率的要求Ⅰ.巨型环境特征森林清查400m森林火灾预报50m地壳10km山区植被200m森林病害探测50m成矿带2km山区土地类型200m港湾悬浮质运动50m大陆海岸带变污染监架2km化100m测50m洋流5km渔业资源管理与保护100m城区地质研究50m自然地带2kmⅢ.中型环境特征交通道路规划20m生长季节2km作物估产50mⅣ.小型环境特征Ⅱ.大型环境特征作物长势25m污染源识别10m区域地理400km天气状况20m海洋化学10m矿产资源100km水土保护50m水污染控制10~20m海洋地质100km植物群落50m港湾动态10m石油普查1km土种识别20m水库建设10~50m地热资源1km洪水灾害50m航行设计5m环境质量评价100m径流模式50m港口工程10m土壤识别75m水库水面监测50m鱼群分布与迁移10m土壤水分140m城市、工业用水20m城市工业发展规划10m土壤保护75m地热开发50m城市居住密度分析10m灌溉计划100m地球化学性质、过程50m城市交通密度分析5m3遥感影像和地图之间的关系3.1遥感影像和地图地理信息系统（GeographicInformationSystems,GIS）是一种采集、储存、管理、分析、显示与运用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术[6]。地理信息系统空间数据类型主要有矢量数据和栅格数据。矢量数据包括有拓扑信息，经常应用于地理空间关系的分析，就如前面所讲的地图，就是具有矢量性；栅格数据则易于表示面状要素，经常在图像数据处理过程中使用，与之对应的是遥感影像。同一区域的遥感影像与地图是可以相互间进行参照、对比、转换的，因为它们所表示的同一区域空间数据的两种不同表示类型。我们选择以江苏省沿海中部王港附近海岸带为研究区，以土地利用现状和土地覆盖为主要内容，分析和探讨一下遥感影像与专题地图在资源环境调查中起到的作用。3.2研究区环境江苏省海域（包括必需的依托陆域），北起南黄海海州湾外的平岛（北纬35度08.4分），南至长江口北支的苏沪分界线（北纬31度37.0分），处于我国海域的中北部、西太平洋沿岸地带的中心[7]。江苏省海岸带的人口分布情况有以下两个特点：一是人口密度大704人/平方公里；但不同地段又有很大差别，如赣榆、海门和启东三省（市）均超过3千人，而在连云和云台两区则只有200多人。二是农业人口比重占产业人口和总人口的比重较大，分别为60.87%和29.38%，分别超过全省17.77个百分点和8.27个百分点[8]。研究区位于江苏沿海中部，介于北纬33度10分—33度19分、东经120度35分—120度51分。它地处北亚热带边缘，气候温和湿润，年均气温14.1摄示度，一月平均气温0.9摄示度，七月平均气温27摄示度，年平均降水量1100mm，主要集中在七、八月。本岸段潮上带陆地地势平坦，河渠纵横交错，研究区海岸类型为淤长型淤泥平原海岸，潮间带宽度大，潮间带浅滩具有由海向陆的分布规律，依次为粉砂滩、泥滩、盐蒿滩和草滩。本区的潮间带土壤包括潮滩盐土、草甸滨海盐土和沼泽盐土，垦区土壤以盐化潮土为主。植被主要有针叶林（水杉为主，落叶树种）、阔叶林（刺槐为主，落叶树种）和盐蒿群落、白茅群落等滨海盐生植被，大米草群落为主的沼泽植被及经济林、防护林、农作物群落（棉、麦、玉米、水稻）等人工植被。本区的土地利用类型，堤外多草滩和贝类采捕。堤内以耕地为主，多为旱作，并有盐场、水产养殖场和大量的已围待用地。本区岸段淤长较快，并在不断围垦。本区的土地利用的类型可分为七大类（表2.）表2研究区土地利用类型一级类型二级类型耕地水田，水浇地林地海堤防护林，农田防护林草地禾草草地滩涂地已围待用地，滩涂草地，大米草滩，光滩，芦苇地水域对虾养殖场，水产养殖场，沟渠，堤坝，海域，河流城乡工矿用地居民地，盐场交通用地公路总的看来，本区人口较稀少，主要有王港乡、王港闸等分布较为集中的居民点。经济以农业、水产养殖业及盐业为主，有东坝头农场、海丰农场、华丰农场和棉花原料场等农场，水产养殖场主要有大丰市对虾养殖场、水产养殖场、海丰对虾场、海丰鱼种场等，盐场有大丰市盐场。3.3研究区目标地物的判读分类我们要通过影像判读识别各种目标，是研究的一个重要环节。所以我们可以通过选取合适的遥感数据，提取符合应用要求的信息，从而对地貌、地质、植被以及土地利用、城乡居民等专题内容进行判读。土地利用与土地覆盖是两个紧密相关而又有差别的概念。“土地利用”是以人类活动出发表达土地被利用的状况。而“土地覆盖”则是表达地表各类地物的覆盖现状[9]。例如，某一山丘覆盖有森林，从土地覆盖类型而言，应属林地。而从土地利用而言，它既可以是林地，也可能是开矿的工矿用地，或旅游用地，后者则属为一种特殊用地。从这个意义上来看，根据遥感调查方法查明的首先是土地覆盖类型，而不完全是土地利用类型。我们应根据土地覆盖的状况来分析判断土地利用的类型。因此，应用遥感影像进行土地利用调查是，要力求使土地利用的分类与土地覆盖的分类相协调、相接近、甚至相一致。这样，则土地利用遥感调查的效果会较佳。由于遥感影像直接反映的是影像获取时的地面覆盖状况，也就是说如果根据影像获取时研究区的地面覆盖选取样区对影像进行分类，所得分类结果与表2.列出的研究区土地利用类型不能对应起来，必须利用地学分析手段进行综合分析。而且由于影像分辨率的影响，有些地类在影像中也得不到反映，需要进行简化，有所舍取。基于以上考虑，本文又重新确定了一个合适的土地利用现状分类方案，见表3.[10]表3研究区土地利用分类类亚类含义耕地耕地包括浇灌的水旱轮作地，水田，旱地等滩涂地已围待用地已经围垦但未利用的滩地滩涂草地主要生长盐蒿的滩地芦苇滩生长芦苇的土地大米草滩生长大米草的滩地光滩位于潮间带，不长植物，但可进行人工捕捞的海滩水域水域养殖场以水产养殖为目的的水域河渠包括河流、沟渠海域海水