基于Landsat的連云港連島圍填?？臻g格局演變分析

1、    基于landsat的連云港連島圍填?？臻g格局演變分析    王亞娜 謝宏全 梅雪琴 敖新東 馬東洋摘 要：圍填海主要是指通過人為的修建堤壩，填埋土石方等工程來將近陸域的天然海域變?yōu)殛懙?，從而拓展陸域的生存空間和生產(chǎn)空間的一種人類活動。選擇連云港連島及其周邊為實(shí)驗(yàn)區(qū)域，利用1985年與2017年的landsat影像，運(yùn)用envi 5.1遙感軟件，得出連云港市連島地區(qū)32年間圍填海面積的變化圖。研究表明：基于經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人文因素的需求，連島進(jìn)行了大面積的圍填海。關(guān)鍵詞：決策樹分類方法 ndwi指數(shù)法 水體提取 圍填海：s15 ：a ：1672-379

2、1（2018）03（a）-0000-00近年來，為緩解工業(yè)以及農(nóng)業(yè)的用地需求，連云港市積極開展圍填海運(yùn)動，圍填海面積逐年上升。但是，圍填海運(yùn)動改變了連云港的自然海岸格局。因此，準(zhǔn)確提取并及時掌握圍填海動態(tài)變化信息，深入研究圍填海演變進(jìn)程，更好地實(shí)現(xiàn)江蘇省海洋經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。目前對圍填海的分析研究主要集中在兩個方面：一是定性地分析圍填海的驅(qū)動因素、現(xiàn)狀、影響結(jié)果及整治對策等；二是借助遙感技術(shù)，定量地進(jìn)行圍填海的研究1。徐諒慧等2對1990-2010年浙江省的圍填?？臻g格局進(jìn)行了定量研究；楊果果等3基于譜間關(guān)系法的研究成果，分析了南京市面積變化；陳瑋彤等4對江蘇南通進(jìn)行了圍填海開發(fā)狀況

3、定量評價分析及開發(fā)潛力預(yù)測。1 研究區(qū)域概況連島是江蘇省最大的海島，面積7.6km2，與連云港隔海相望，通過6.7km的中國最長的攔海大堤與連云港市東部城區(qū)相連。集青山、碧海、茂林、海蝕奇石、天然沙灘、海島漁村人文景觀于一體，是江蘇唯一的aaaa級海濱旅游景區(qū)，盛產(chǎn)海鮮。是夏季避暑納涼、踏浪休閑娛樂、享受海鮮美味的旅游勝地。具有豐富的水體，是典型的水體提取研究區(qū)。因此本實(shí)驗(yàn)選擇連云港市連島作為試驗(yàn)區(qū)域。本實(shí)驗(yàn)主要使用了在地理空間數(shù)據(jù)云平臺下載的連云港市連島地區(qū)的1985年3月23日、2017年3月15日的多光譜遙感影像數(shù)據(jù)。其中使用的1985年份影像為landsat5遙感衛(wèi)星上專題成像儀（tm

4、）獲取，云量為0，數(shù)據(jù)標(biāo)識為lt51200361985082haj00，2017年份影像為landsat8遙感衛(wèi)星上oli陸地成像儀獲取，云量為17.19%，數(shù)據(jù)標(biāo)識為lc812003620170 74lgn00。2 試驗(yàn)方法本實(shí)驗(yàn)利用下載的影像，使用envi 5.1遙感軟件，先對影像進(jìn)行輻射定標(biāo)，大氣校正以及圖像配準(zhǔn)，然后建立感興趣區(qū)域?qū)?985年份和2017年份的連云港市影像分別進(jìn)行裁剪，然后分別計算水體指數(shù)ndwi，最后對連云港市連島地區(qū)運(yùn)用決策樹分類（分為水體和非水體）。2.1 指數(shù)法本實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用的提取指數(shù)為ndwi（歸一化水體指數(shù)）。針對江蘇省連云港市連島地區(qū)的實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用ndwi（歸

5、一化水體指數(shù)） 進(jìn)行提取，該方法利用tm影像中的綠色波段和近紅外進(jìn)行波段計算，進(jìn)而二值化處理得到水體信息的提取圖像3。利用ndwi指數(shù)提取水體改進(jìn)的歸一化水體指數(shù)ndvi，通過對不同水體的提取實(shí)驗(yàn)，大部分獲得了比ndvi好的效果特別是提取城鎮(zhèn)范圍內(nèi)的水體。ndwi用遙感影像的特定波段進(jìn)行歸一化差值處理，以凸顯影像中的水體信息。其表達(dá)式為：式中，green為綠色波段，nir為近紅外波段。利用ndwi指數(shù)提取水體信息后，為了提高精度，需進(jìn)行進(jìn)一步的處理，將高于閾值的水體部分賦值為255，其他部分賦值為0。2.2 決策樹分類本實(shí)驗(yàn)使用決策樹方法進(jìn)行分類。使用決策樹分類可以綜合利用不同來源和類型的數(shù)據(jù)

6、進(jìn)行分類，提高了分類精度，并且節(jié)點(diǎn)數(shù)量不受限制，可以靈活定義決策樹的節(jié)點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，使用決策樹進(jìn)行分類，大于等于1 的為非水體，小于1的為水體。1985年和2017年的分類結(jié)果如圖1和圖2所示。圖1 1985年決策樹分類結(jié)果圖2 2017年決策樹分類結(jié)果3 結(jié)果與分析3.1 水體演變結(jié)果通過對比1985年和2017年2個不同時相的連云港市連島地區(qū)水體提取結(jié)果的灰度變化，建立新的變化監(jiān)測圖像，對結(jié)果進(jìn)行分析。演變結(jié)果如圖3所示，黑色部分為海洋變?yōu)殛懙氐牟糠?，白色?5年到17年間沒有變化的部分，灰色表示水體變?yōu)楹Ｑ?。對?985年到2017年間，連云港市連島海域圍填海區(qū)域主要集中在連島西面，

7、在連島西面與云臺山之間建立了一條道路，在云臺山北方向增加了許多淤泥和沙灘，在連島東面與云臺山之間建立了堤壩。圖3 水體變化對比圖3.2 演變分析3.2.1 演變原因分析根據(jù)landsat遙感影像圖和連云港連島調(diào)查區(qū)資料，發(fā)現(xiàn)位于海州灣灣頂南側(cè)的連云港港口，在這30多年來發(fā)展巨大，成為江蘇省主要港口，已成為擁有30萬噸級航道的大港口5。連島海域漁場位置由1985年位于連島與云臺山之間，因?yàn)檫B云港港口的發(fā)展改為連島近海區(qū)。同時漁場面積顯著增強(qiáng)。并且，連島與云臺山之間有大面積圍填海區(qū)域，增加了道路和建筑，通行方式由原來的僅限船運(yùn)，變?yōu)楝F(xiàn)在的海陸雙運(yùn)，增加了兩岸之間的聯(lián)系，推動了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。3.2.2

8、 圍填海的影響（1）圍填海改變了海域的自然屬性：圍填海對連島最直接的影響就是改變了海域原有的自然幾何屬性，包括海岸形狀、海域面積、海灣容量和海底地形地貌等；其次，縮小了海域面積6。（2）圍填海對近海潮動力過程及海灣水交換的影響：海灣內(nèi)的圍填工程通常會導(dǎo)致灣內(nèi)潮流減弱，主要動力機(jī)制是由于圍填海縮小了海灣的空間尺度，減小了駐波型潮波反射距離所致；連島海灣容積的減小和潮流的減弱會降低連島地區(qū)的水交換能力，并導(dǎo)致連島環(huán)境容量減小和納污能力減弱。（3）圍填海對海域生態(tài)環(huán)境的影響：圍填海改變了連島海域的自然屬性、施工過程會產(chǎn)生污染物、以及其他負(fù)面的環(huán)境效應(yīng)，將會對連島海域的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的影響6，7

9、。對此，江蘇省發(fā)布江蘇省沿江沿海港口布局規(guī)劃（2015-2030年）。規(guī)劃提出：要建設(shè)布局合理、資源集約、保障有力、綠色平安的現(xiàn)代化港口體系，盡可能避免圍填海運(yùn)動造成的負(fù)面影響。4 結(jié)論本文利用2期遙感影像和連云港連島地區(qū)調(diào)查資料，使用envi 5.1遙感軟件，完成了對連云港連島地區(qū)1985-2017年間連島圍填海演變信息的提取以及分析，得出連島基于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的原因，在連島與云臺山之間增加了大面積的圍填海區(qū)域，來擴(kuò)建港口碼頭、構(gòu)筑建設(shè)用地、沿海養(yǎng)殖，發(fā)展旅游業(yè)。說明圍填海造地工程與地形條件、發(fā)展需要、人類活動程度等因素之間存在密切的關(guān)系。參考文獻(xiàn)1 高志強(qiáng)，劉向陽，寧吉才，等.基于遙感的近30a

10、中國海岸線和圍填海面積變化及成因分析j.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2014，30（12）：140-147.2 徐諒慧，楊磊，李加林，等.1990-2010年浙江省圍填?？臻g格局分析j.海洋通報，2015，34（06）：688-694.3 楊果果，高原，周蕾.水體信息遙感自動提取與演變分析以南京城區(qū)為例j.測繪與空間地理信息，2016，39（10）：35-39.4 陳瑋彤，張東，韓飛，等.江蘇南通沿岸圍填海強(qiáng)度與潛力定量評價研究j.海洋通報，2015，34（4）：443-449.5 蘇進(jìn)，徐敏.試論連云港港口的發(fā)展j.淮海工學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2007，5（1）：66-68.6 胡聰.圍填海開發(fā)活動對海洋資源影響評價方法研究d.青島：中國海洋大學(xué)，2014.7 林磊，劉東艷，劉哲，等.圍填海對海洋水動力與