基于高分卫星影像的秦皇岛近海浮筏养殖分布遥感监测.pdf

1、基于高分卫星影像的秦皇岛近海浮筏养殖分布遥感监测摘要：利用高分一号、高分二号和北京二号等多源国产高分卫星遥感影像，采用面向对象分类方法，结合目视解译，提取了 2015-2018 年秦皇岛近海浮筏养殖信息，分析了浮筏养殖分布范围与分布面积的年际变化特征。结果表明：秦皇岛近海浮筏养殖主要分布在昌黎县近海海域，每年面积百分比在 93%以上;而北戴河区和山海关区则是零星分布，且不是持续分布。近几年秦皇岛近海浮筏养殖总面积呈上下波动的变化趋势，以 2016 年数值最大，其次为 2018 年，2015 年和 2017 年相对较小。随着北戴河及相邻地区近岸海域环境综合整治工作的推进，2018 年北戴河附近海

2、域已无浮筏养殖分布。关键词：高分卫星;秦皇岛近海;浮筏养殖;遥感监测河北省近海浮筏养殖主要分布在秦皇岛近海海域，起步于世纪 90 年代初1，以养殖扇贝为主。近二十余年，海水养殖业快速发展，浮筏养殖规模迅速扩大，养殖密度也持续增加，导致局部海域海洋环境的压力日益凸显。浮筏养殖减慢了海水的流速，降低了海洋水体交换能力，使入海污染物和养殖排泄物不能及时净化，不仅对水质产生了较大影响，对海洋生物生态系统也带来一定程度的破坏，进而影响养殖环境和养殖产品的安全。长期实时监测浮筏养殖分布的动态变化，对合理规划养殖、保护海洋环境、实现可持续海水养殖具有重要意义2。浮筏养殖分布范围广，人工走航测量不仅费时费力，

3、而且不能准确掌握分布情况。卫星遥感具有探测范围大、实时连续、真实客观等优点，是实现长期准确获取浮筏养殖动态信息的有效手段。笔者以国产高分卫星遥感影像为主要数据源，探讨了浮筏养殖信息提取方法，并对 2015 年至 2018 年秦皇岛近海浮筏养殖的动态变化进行了分析，为规划和管理浮筏养殖提供技术支撑。1 材料与方法1.1 研究区概况研究区选择秦皇岛近海海域，位于辽东湾西南部，境内有洋河、戴河、新开河、石河等多条河流入海，海水透明度高，海流弱，湍流少，营养盐丰富，成灾海况少，沙砾底质，盐度 30，海面温度多为 028，pH 值为 7.68.4，为扇贝养殖提供了适宜的自然环境3。秦皇岛扇贝通常于 5

4、月中旬，海面温度上升至 15 时放苗;正常情况下 6 月中下旬开始套网，分苗时避开牡蛎附着期;最后一次分苗为 8 月至 9 月，10 月中旬收获1。1.2 遥感数据源本文浮筏养殖遥感监测采用的数据源包括高分一号、高分二号和北京二号。高分一号卫星载有 2 台 2 m 全色/8 m 多光谱相机（幅宽 60 km）和 4 台 16 m 多光谱宽覆盖相机（幅宽 800 km），现有 4 颗星，组网后已将覆盖全球的周期缩短至 11 d，重访周期缩短至 1 d。高分二号卫星载有 2 台高分辨率 1 m 全色/4 m 多光谱相机，幅宽 45 km，重访周期为 5 d。北京二号是由 3 颗 0.8 m 全色/

5、3.2 m 多光谱光学遥感卫星组成的民用商业遥感卫星星座，幅宽 24 km，重访周期为 1 d。为了尽可能获取每年度浮筏养殖最大分布范围，主要选择扇贝最后一次分苗至收获前，即 8 月下旬至 10 月中旬的影像作为遥感监测数据源。1.3 遥感影像预处理利用 ENVI 软件对卫星遥感影像进行预处理，主要包括大气校正、几何校正、影像融合、陆地掩膜等。大气校正采用辐射传输模型中的 MODTRAN 模型，利用 FLAASH 模块进行校正，设置大气模型和气溶胶类型等参数，获取遥感影像各个像素上的反射率。几何校正以已经过校正的高分影像作为参考影像，结合 RPC 文件，通过查找控制点，采用多项式校正方法进行校

6、正，误差范围控制在 0.5 个像素以内。影像融合采用 Pansharp 方法，融合后影像既保留了原有多光谱特性，又提高了空间分辨率，增强了多光谱图像的清晰度。陆地掩膜利用陆域矢量生成感兴趣区域，将感兴趣区域生成掩膜，剔除陆地的影响。1.4 浮筏养殖信息提取1.4.1 影像特征浮筏养殖是指在浅海水面上利用由浮球和绳索组成浮筏，并用缆绳固定于海底，将养殖对象采用吊绳或吊笼悬挂于浮筏的养殖方式。浮球是养殖区内用以悬挂缆绳或扇贝养殖笼的黑色塑料球，直径约为 30 cm，间距 12 m，被固定在横向的缆绳上。在真彩色波段合成的高分影像中，采用标准差函数拉伸，可见浮筏为亮灰色，每个浮筏呈直线或弧线分布，长

7、度大多在 150200 m 之间，浮筏间距 430 m 不等。数百个浮筏组成条带，条带分布均匀，形态特征显著（见封三图 1）。1.4.2 信息提取方法1.4.2.1 面向对象提取方法面向对象分类方法是将临近具有相似光谱、形状、纹理等信息的影像像元集合成一个特定对象，以對象为基元，实现地物的分类。主要包括影像分割和分类提取两个过程。影像分割采用多尺度分割方法，多尺度分割是指在影像信息损失最小的前提下，以任意尺度将影像分割为不同的对象，使对象内部保持最大同质性，对象之间保持最大异质性，减少“同谱异物”“异谱同物”的影响4，让不同地物类型可以在相应的尺度上得到反映。根据浮筏与海水的特征差异，通过反复

8、试验，当尺度参数设为15，颜色参数设为 0.9 时分割的效果最好。面向对象的分类方法主要分为最近邻分类、模糊分类和基于规则的分类。其中最邻近分类属于监督分类的一种，主要包括定义特征空间、建立分类体系、选择典型样本、执行分类四个步骤5。笔者在影像分割的基础上，采用最邻近分类方法进行浮筏养殖信息提取（见封三图 2）。1.4.2.2 目视解译法根据浮筏的色调、大小、形状和纹理等特征建立遥感解译标志（见封三图 1），应用 GIS 软件，采用目视判读法，对浮筏养殖进行信息提取。2 结果与分析利用 2015 年至 2018 年的高分卫星影像，提取了秦皇岛近海浮筏养殖信息，并对其空间分布范围（见封三图 3）

9、和分布面积（见封三图 4）的年际变化进行了统计分析。2.1 分布范围变化分析2015 年，秦皇岛近海浮筏养殖主要分布在昌黎县和北戴河区近海海域。昌黎县养殖范围较大，最远至 14.5 海里，但主要分布在 11 海里内;北戴河区主要分布在 1.32.7 海里，分布范围较小。相对 2015 年，2016 年秦皇岛近海浮筏养殖范围有所扩大，主要分布在昌黎县、北戴河区和山海关区近海海域，以昌黎县为主。昌黎县养殖范围最远至 14.6 海里，主要分布在 12 海里内;北戴河区和山海关区则主要分布在近岸海域，分别为 1.35.3 海里和 0.22.8 海里。2017 年，秦皇岛近海浮筏养殖范围呈减少趋势，分布

10、区域仍主要为昌黎县、北戴河区和山海关区近海海域。昌黎县养殖范围最远至 13.2 海里，主要分布在 9.5 海里内;北戴河区和山海关区仍主要分布在近岸海域，分别为 1.35.1 海里和 0.22.5 海里。2018 年，秦皇岛近海浮筏养殖范围继续呈减少趋势，仅昌黎县近海有所分布，北戴河区和山海关区近海已无养殖分布。但昌黎县养殖密度有所增加，主要分布范围由 2017 年的 9.5 海里增至 12 海里。总体而言，秦皇岛近海浮筏养殖以昌黎县分布范围最广，基数较为平稳。而北戴河区和山海关区则是零星分布，且并不是每年持续分布。2.2 分布面积变化分析2015-2018 年，秦皇岛近海浮筏养殖分布面积呈上

11、下波动的变化趋势。2015 年，浮筏养殖总面积为 1.43104 hm2，昌黎县近海和北戴河区近海养殖面积分别占 98.50%和1.50%。2016 年，浮筏养殖总面积快速上升，增加幅度为 3532%，达到监测期间的最大值。其中昌黎县增长了 32.72%，北戴河区增长了近 2 倍，山海关区新增 53.72 hm2。2017年，浮筏養殖总面积又呈减小趋势，分布面积与 2015 年相当。其中，昌黎县减少了29.24%，但山海关区和北戴河区略有增加。2018 年，浮筏养殖总面积又有所增长，增长了19.69%，其中昌黎县增加了 28.31%，而北戴河区和山海关区近海无浮筏养殖分布。3 结论与讨论利用面

12、向对象分类方法能够提取浮筏养殖信息，但由于秦皇岛近海浮筏养殖主要沉于水中，仅浮球漂浮于海面上，浮筏条带内与浮筏条带间的光谱特征差异较小，导致浮筏养殖自动分类提取结果具有一定误差，需要人工目视解译对提取结果进行修正。2015-2018 年，秦皇岛近海浮筏养殖主要分布在昌黎县近海海域，每年面积百分比均在 93%以上。由于浮筏养殖投入成本较大，且易受市场行情影响，因此近几年秦皇岛浮筏养殖分布总面积呈上下波动的变化趋势，以 2016 年数值最大，其次为 2018 年，2015 年和2017 年相对较小。随着河北省持续推进北戴河及相邻地区近岸海域环境综合整治，北戴河附近海域浮筏养殖得到了有效控制。201

13、8 年，北戴河近海已无浮筏养殖分布。参考文献：1 张丽敏.昌黎县扇贝养殖业现状及发展策略J.河北渔业，2013（7）：60-61.2 曹利，顾文俊，李小恕，等.基于 WorldView 数据的浙江省铁港牡蛎养殖分布遥感调查J.渔业信息与战略，2016，31（4）：286-292.3 张丽敏，李文涛，方莹.昌黎县海湾扇贝养殖模式变化分析J.河北渔业，2016，267（3）：25-28.4 黄帅，丁建丽，李艳华.面向对象的国产 GF-1 遥感影像水体信息提取研究J.人民长江，2016，47（5）：23-28.5 卢辉雄，田言亮，董双发，等.基于 Landsat 8 OLI 数据的黄淮海区主要作物种植结构遥感解译研究J.河北遥感，2019（3）：21-24.（收稿日期：2020-04-01）作者简介：徐雯佳（1983-），女，硕士，高级工程师，主要从事遥感技术研究与应用工作。E-mail：emailprotected。DOI：10.3969/j.issn.1004-6755.2020.04.011