基于遥感的苏北海岸线提取和变迁分析

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苏北海岸主要以淤泥质海岸为主,近年来人类活动是苏北海岸变迁的主要驱动力,人类活动主要表现为人工围垦、海洋工程和填海造陆等。传统获取海岸线的方式主要通过人工实地采集,这种方式不仅需要耗费大量人力和财力,而且更新岸线速度无法满足现代海岸线监测需求。基于多源和多时相遥感影像,并结合RS(遥感)和GIS(地理信息系统)技术,可以提取大空间尺度的海岸线,实现大面积同步监测和快速更新等需求。本文以苏北海岸为研究区域,Landsat的MSS、TM和Sentinel-2A的MSI等多源和多时相遥感数据为数据源,并结合实际野外勘测数据,基于RS中面向对象技术提取1978年、1988年、1998年、2008年和2018年的5期苏北海岸线,同时利用GIS技术对5期岸线长度变化、岸线速率和距离变化、岸线类型转化原因进行深入分析,根据不同河口间的变化特点进行岸线分段分析。主要工作内容及成果如下:1.在多源和多时相遥感数据处理的基础上,利用面相对象技术中的多尺度分割和光谱差异分割相结合的方式对遥感数据进行分割,减少图像分类的“椒盐效应”,提高图像分类精度,计算图像的B分量指数,增强水体信息,以B分量作为阈值分割参数,对分割后影像进行水陆分离并获取二值化图像,在此基础上使用形态学方法后,获取研究区5期水边线。2.研究区域岸线根据解译标志被分为人工岸线和自然岸线,人工岸线被细分盐养围堤岸线、港口码头岸线、河流河堤岸线、建设围堤岸线和道路海堤岸线,研究区自然岸线以淤泥质岸线为主。根据解译标志以及野外勘测数据对提取的水边线获取最终的海岸线。3.基于5期研究区海岸线,使用GIS技术和USGS(美国陆地调查局)开发的DSAS数字岸线分析系统对各时期海岸线进行动态变迁分析,统计出研究区不同时期海岸线长度变化、岸线速率和距离变化以及岸线类型转化的量化指标。结果表明:(1)40年间研究区岸线总长度大致呈现递减的趋势。1978年研究区域岸线总长度约为255.89km,1988年相对于1978年减少24.97km,年平均增长0.96%,1978年至1988年岸线人工岸线长度减少17.18km,自然岸线长度减少7.79km;1988年研究区域岸线总长度约为230.92km,1998年相对于1988年岸线长度增加10.53km,年平均增长0.96%,人工岸线长度减少12.71km,自然岸线增加23.24km;1998年研究区域岸线总长度约为241.45km,1998年相对于1988年人工岸线长度减少12.71km,年平均减少0.53%,自然岸线增加23.24km,人工岸线长度减少12.71km;2008年研究区域岸线总长度约为218.03km,2008年相对于1998年岸线长度减少23.42km,年平均减少1.07%,人工岸线长度增加40.79km,自然岸线长度减少64.21,是变化最明显的时间区间;2018年研究区域岸线总长度约为220.57km,2018年相对于2008年岸线长度增加2.54km,年平均增加0.11%,人工岸线长度增加11.92km,自然岸线长度减少9.38km,是变化最不显著的区间。(2)研究区域在1978~2018年期间,海岸线向海域推进的速率远大于向陆域推进的速率,在1978~1998年间,岸线向海域推进方式以自然淤长为主,1998~2018年,岸线向海域推进方式以人工围垦为主;在1978~1988年间,射阳河口到新阳港口之间的推进速率最为明显,以自然淤长的方式向海推进,平均EPR(End Point Rate)为281.4(m/a);在1988~1998年间,新阳港口到斗龙港口之间的推进速率最为明显,以自然淤长的方式向海推进,平均EPR为535.5(m/a);在1998~2008年间,斗龙港口到大丰港口之间的推进速率最为明显,以人工围垦的方式向海推进,平均EPR为502.1(m/a);在2008~2018年间,梁垛河口到方塘河口之间的推进速率最为明显,以人工围垦的方式向海推进,平均EPR为347.7(m/a)。(3)研究区域岸线类型变化较为明显,随着时间推进人工岸线和自然岸线分别表现为增长和削弱趋势,在1998~2018年人工岸线持续增加,在20年间共增加52.71km,人工岸线类型中盐养围垦海岸占比最高;1978~2008年期间无港口码头海岸类型,2008~2018年新增了港口码头海岸类型,各人工海岸类型在人工岸线增加的趋势处于此消彼长的状态。4.基于遥感数据的海岸线自动提取软件,可实现从数据下载到岸线可视化的自动流程,便于对海岸线的提取和分析,提高作业效率。
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