海洋功能区遥感监测方案探讨范文

《海洋环境科学杂志》2014年第四期

1海洋功能区遥感监测要点分析

确定海洋功能区遥感监测要点时应考虑三方面因素。首先，海洋功能区划既有对管辖海域的整体约束，也有对具体功能区的功能定位和管理要求，但前者最终也是要通过后者来体现的，所以海洋功能区划监测应立足于对各个功能区的监测;其次，海洋功能区的位置、范围和功能定位是人为划定的，对功能区的监测，主要是指对功能区内开发利用活动状况的监测;第三，由于目前海域动态监视监测系统主要采用的是中高分辨率的光学遥感数据，因此，遥感监测对象主要考虑水面及以上的目标，且目标的空间尺度应在数十米以上。基于以上考虑，对照1．1中海洋功能区划的效力点，排查得出海洋功能区遥感监测要点如下:(1)功能区内规模较大的用海地物。据此可评估功能区内的用海布局、强度和集约度等开发利用情况。(2)用海地物对应的海域使用类型。据此可评估功能区内用途管制要求的落实情况。(3)用海地物对应的用海方式和占用岸线长度。据此可评估功能区内用海方式控制要求和围填海规模控制指标、自然岸线长度保留指标的落实情况。

2海洋功能区遥感监测关键技术分析

要实现利用遥感数据监测海洋功能区划实施情况的目标，必须具备检测用海、鉴别用海和分析用海的能力。为此，需要解决几个关键环节的技术问题。

2．1地物识别和信息提取遥感图像的光谱信息是检测地物目标并实施分类的依据。像元间的光谱差异主要缘于对应地物的材质不同，但在海洋开发活动中，地物的材质与用途没有绝对的对应关系，如码头、桥梁、道路、平台等都有可能采用砼质材料。因此，用海信息的提取不能采用传统的基于像元的分类方法，而应采用人工干预下的面向对象的影像分类方法。面向对象的影像分类方法要以适宜的尺度分割为基础，目前已有不少旨在实现图像最优分割的方法，效果较明显［1］。将专家在目视解译过程中所运用的知识和经验归纳成规则集，可用于鉴别分割出的对象［2］。完备的知识系统是十分复杂的，实际应用中常采用部分简单的知识规则来识别对象，一些学者［3-4］将这类方法应用于养殖用海的识别，取得了较好效果。海洋功能区遥感监测可以采用上述方法，但尚需针对光学遥感所能监测的各类用海，制定有效的分类规则体系。

2．2海域使用类型和用海方式判别海域管理中对海域使用类型、用海方式和用海面积的界定是按照现有行业标准《海域使用分类》(HY/T123-2009)［5］和《海籍调查规范》(HY/T124-2009)［6］执行的，海域适用分类以行业用途为主要依据，用海方式是按对海域自然属性影响程度和特殊管理要求划分的。而遥感手段仅能监测到用海地物，不能直接判别行业用途和特殊管理要求。因此，对海域使用类型和用海方式的判别，需要根据用海地物的特征进行推测。

2．3海洋功能区划实施情况辅助分析海洋功能区划实施情况分析的范围是整个管辖海域，它的基础是每个功能区的监测结果，包括功能区内开发利用状况及其区划符合性两部分内容。对此，应建立相应的评价指标和方法。

3海洋功能区遥感监测方案设计

3．1主体思路监测方案设计既要瞄准业务化应用需要，又要充分发挥目视鉴别的直观性和计算机分析的高效性等优势，尽量简便易行。较为成熟的思路是在海域动态监视监测系统平台上，在人工干预下，利用遥感技术对海洋功能区实施监测，辅助分析海洋功能区划实施情况。在检测功能区内用海活动时，参考视觉注意机制，执行从区域用海到用海单元，再到用海地物的检测流程;而在鉴别用海活动时，则执行从用海地物，到用海单元，再到海域使用类型的推测流程。用海活动鉴别采用视觉鉴别、计算机辅助分类和环境关联性分析相结合的方法。

3．2基础条件(1)信息系统平台。应在现有海域动态监视监测系统基础上，扩充具有图像多尺度分割处理功能，并能统计图像对象的光谱特征、几何特征等特征参数的遥感影像处理模块。(2)资料基础。应在信息系统中准备以下资料:1)当前时段的监测资料。即经几何纠正和辐射校正的光学遥感影像数据，波段数至少3个，空间分辨率优于10m。合成影像一般采用真彩色合成模式，或以近红外、红、绿波段数据为RGB的组合模式。2)前一时段的监测成果资料。包括前一监测时段获得的海陆分界线，要求采用线型矢量数据格式;前一监测时段的海域使用现状分布资料，采用面状矢量数据格式，并含用海项目名称、用海地物名称、海域使用类型、用海方式等属性信息。3)现状基础资料。包括海洋功能区划资料，要求采用面状矢量数据格式，并含功能区等级表中所有的属性信息;现行有效的海陆管理界线，采用线型矢量数据格式;现状水深数据，以理论最低潮面为基准，采用栅格数据格式;现状海岸地貌数据，采用面状矢量数据格式，并含沿岸植被、底质分布等属性信息。

3．3监测流程与方法(1)划分监测单元。将海洋功能区划图层与遥感影像叠置，按二级类海洋基本功能区界线(未细分二级类海洋功能区的按一级类功能区界线)划分对应的影像区域。(2)比对前一监测时段功能区内海域使用信息。将前一时段的监测成果资料与遥感影像叠置，先判定前一监测时段已明确的用海单元，其次确定监测时段内的用海动态及变化区域，然后确定需要鉴别的新用海地物。(3)影像特征目视鉴别。目视检测用海目标，总结目视鉴别指标，包括地物位置、(与周围水体、地物的)颜色差异、空间结构、方向、尺寸、(与其它地物)相邻关系。(4)分析用海环境条件。提取影像单元周边的自然状况和开发状况信息。自然状况指标有平均水深、离岸距离、海岸底质等。开发状况指标有周围临海地物、周围海域使用类型、周围用海方式、周围用海地物等。(5)提取影像特征。先选择适宜的尺度参数，在影像区域内进行影像分割处理。再在有待鉴别的海域使用目标区域，针对每个分割后的影像单元，统计表1所列光谱特征、几何特征等标志信息。(6)鉴别用海地物。这一步骤是功能区遥感监测流程中的关键，需要根据各影像单元的特征标志，对照用海地物判读标志，鉴别用海地物。用海地物按表2分类。各类用海地物的鉴别规则由目视指标、影像特征测算指标和用海环境指标组成，以人工岛为例，鉴别规则如表3所列。(7)推断用海类型和用海方式。根据用海地物类型和用海环境条件，对照用海地物鉴别规则和《海域使用分类》(HY/T123-2009)、《海籍调查规范》(HY/T124-2009)，判别用海单元及其用途与范围，推断海域使用遥感目标的用海类型和用海方式。(8)海洋功能区划实施情况分析。先利用空间分析工具，按照相应指标，分析功能区内的开发利用状况，再按照相应标准，辅助分析用海活动的海洋功能区划符合性。海洋功能区划实施情况分析内容和指标见表4所示。(9)监测成果编制。生成定制格式的监测图件和监测报告。

4海洋功能区遥感监测方案适用性分析

上述方案的实质是针对海洋功能区划的效力点，明确了海域使用遥感监测的技术流程，以及其中各环节的监测分析内容、方法、指标或规则。笔者的应用经验表明，该方案适用于对海洋功能区内开发利用活动的快速检测和对海洋功能区划实施情况的辅助分析。方案的适用性来自以下几方面的保障:(1)新一轮的海洋功能区划(2011～2012年)中的目标指标和功能区管理要求都比较明确。(2)海域使用绝大部分在海面上都能得到反映。目前海域使用动态监视监测采用的遥感资料的空间分辨率已经很高，具备应用于海洋功能区监测的能力。(3)面向对象的遥感分类技术已在海岸带地区得到成功应用，特别近年来对各类用海分类规则的归纳越来越趋于成熟，使海域遥感分类的精度和效率得到了显著提高。

5结语

本文针对海洋功能区划中的功能区管理要求，提出了一套涵盖资料、方法、流程和规则等的海洋功能区遥感监测方案。本方案一方面根据海洋功能区划的效力点，对海洋功能区遥感监测的要点进行了明确，同时构建了海洋功能区遥感监测的流程和各环节的技术方案。从笔者的应用经验看，方案具有可行性。本方案的关键支撑是海域使用遥感分类技术，核心是各类用海分类规则的科学归纳和有效使用，这将是本方案进一步完善的方向。

作者：刘百桥刘利东单位：天津师范大学城市与环境科学学院