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《海洋環境科學雜志》2014年第四期

1海洋功能區遙感監測要點分析

確定海洋功能區遙感監測要點時應考慮三方面因素。首先，海洋功能區劃既有對管轄海域的整體約束，也有對具體功能區的功能定位和管理要求，但前者最終也是要通過后者來體現的，所以海洋功能區劃監測應立足于對各個功能區的監測;其次，海洋功能區的位置、范圍和功能定位是人為劃定的，對功能區的監測，主要是指對功能區內開發利用活動狀況的監測;第三，由于目前海域動態監視監測系統主要采用的是中高分辨率的光學遙感數據，因此，遙感監測對象主要考慮水面及以上的目標，且目標的空間尺度應在數十米以上。基于以上考慮，對照1．1中海洋功能區劃的效力點，排查得出海洋功能區遙感監測要點如下:(1)功能區內規模較大的用海地物。據此可評估功能區內的用海布局、強度和集約度等開發利用情況。(2)用海地物對應的海域使用類型。據此可評估功能區內用途管制要求的落實情況。(3)用海地物對應的用海方式和占用岸線長度。據此可評估功能區內用海方式控制要求和圍填海規模控制指標、自然岸線長度保留指標的落實情況。

2海洋功能區遙感監測關鍵技術分析

要實現利用遙感數據監測海洋功能區劃實施情況的目標，必須具備檢測用海、鑒別用海和分析用海的能力。為此，需要解決幾個關鍵環節的技術問題。

2．1地物識別和信息提取遙感圖像的光譜信息是檢測地物目標并實施分類的依據。像元間的光譜差異主要緣于對應地物的材質不同，但在海洋開發活動中，地物的材質與用途沒有絕對的對應關系，如碼頭、橋梁、道路、平臺等都有可能采用砼質材料。因此，用海信息的提取不能采用傳統的基于像元的分類方法，而應采用人工干預下的面向對象的影像分類方法。面向對象的影像分類方法要以適宜的尺度分割為基礎，目前已有不少旨在實現圖像最優分割的方法，效果較明顯［1］。將專家在目視解譯過程中所運用的知識和經驗歸納成規則集，可用于鑒別分割出的對象［2］。完備的知識系統是十分復雜的，實際應用中常采用部分簡單的知識規則來識別對象，一些學者［3-4］將這類方法應用于養殖用海的識別，取得了較好效果。海洋功能區遙感監測可以采用上述方法，但尚需針對光學遙感所能監測的各類用海，制定有效的分類規則體系。

2．2海域使用類型和用海方式判別海域管理中對海域使用類型、用海方式和用海面積的界定是按照現有行業標準《海域使用分類》(HY/T123-2009)［5］和《海籍調查規范》(HY/T124-2009)［6］執行的，海域適用分類以行業用途為主要依據，用海方式是按對海域自然屬性影響程度和特殊管理要求劃分的。而遙感手段僅能監測到用海地物，不能直接判別行業用途和特殊管理要求。因此，對海域使用類型和用海方式的判別，需要根據用海地物的特征進行推測。

2．3海洋功能區劃實施情況輔助分析海洋功能區劃實施情況分析的范圍是整個管轄海域，它的基礎是每個功能區的監測結果，包括功能區內開發利用狀況及其區劃符合性兩部分內容。對此，應建立相應的評價指標和方法。

3海洋功能區遙感監測方案設計

3．1主體思路監測方案設計既要瞄準業務化應用需要，又要充分發揮目視鑒別的直觀性和計算機分析的高效性等優勢，盡量簡便易行。較為成熟的思路是在海域動態監視監測系統平臺上，在人工干預下，利用遙感技術對海洋功能區實施監測，輔助分析海洋功能區劃實施情況。在檢測功能區內用海活動時，參考視覺注意機制，執行從區域用海到用海單元，再到用海地物的檢測流程;而在鑒別用海活動時，則執行從用海地物，到用海單元，再到海域使用類型的推測流程。用海活動鑒別采用視覺鑒別、計算機輔助分類和環境關聯性分析相結合的方法。

3．2基礎條件(1)信息系統平臺。應在現有海域動態監視監測系統基礎上，擴充具有圖像多尺度分割處理功能，并能統計圖像對象的光譜特征、幾何特征等特征參數的遙感影像處理模塊。(2)資料基礎。應在信息系統中準備以下資料:1)當前時段的監測資料。即經幾何糾正和輻射校正的光學遙感影像數據，波段數至少3個，空間分辨率優于10m。合成影像一般采用真彩色合成模式，或以近紅外、紅、綠波段數據為RGB的組合模式。2)前一時段的監測成果資料。包括前一監測時段獲得的海陸分界線，要求采用線型矢量數據格式;前一監測時段的海域使用現狀分布資料，采用面狀矢量數據格式，并含用海項目名稱、用海地物名稱、海域使用類型、用海方式等屬性信息。3)現狀基礎資料。包括海洋功能區劃資料，要求采用面狀矢量數據格式，并含功能區等級表中所有的屬性信息;現行有效的海陸管理界線，采用線型矢量數據格式;現狀水深數據，以理論最低潮面為基準，采用柵格數據格式;現狀海岸地貌數據，采用面狀矢量數據格式，并含沿岸植被、底質分布等屬性信息。

3．3監測流程與方法(1)劃分監測單元。將海洋功能區劃圖層與遙感影像疊置，按二級類海洋基本功能區界線(未細分二級類海洋功能區的按一級類功能區界線)劃分對應的影像區域。(2)比對前一監測時段功能區內海域使用信息。將前一時段的監測成果資料與遙感影像疊置，先判定前一監測時段已明確的用海單元，其次確定監測時段內的用海動態及變化區域，然后確定需要鑒別的新用海地物。(3)影像特征目視鑒別。目視檢測用海目標，總結目視鑒別指標，包括地物位置、(與周圍水體、地物的)顏色差異、空間結構、方向、尺寸、(與其它地物)相鄰關系。(4)分析用海環境條件。提取影像單元周邊的自然狀況和開發狀況信息。自然狀況指標有平均水深、離岸距離、海岸底質等。開發狀況指標有周圍臨海地物、周圍海域使用類型、周圍用海方式、周圍用海地物等。(5)提取影像特征。先選擇適宜的尺度參數，在影像區域內進行影像分割處理。再在有待鑒別的海域使用目標區域，針對每個分割后的影像單元，統計表1所列光譜特征、幾何特征等標志信息。(6)鑒別用海地物。這一步驟是功能區遙感監測流程中的關鍵，需要根據各影像單元的特征標志，對照用海地物判讀標志，鑒別用海地物。用海地物按表2分類。各類用海地物的鑒別規則由目視指標、影像特征測算指標和用海環境指標組成，以人工島為例，鑒別規則如表3所列。(7)推斷用海類型和用海方式。根據用海地物類型和用海環境條件，對照用海地物鑒別規則和《海域使用分類》(HY/T123-2009)、《海籍調查規范》(HY/T124-2009)，判別用海單元及其用途與范圍，推斷海域使用遙感目標的用海類型和用海方式。(8)海洋功能區劃實施情況分析。先利用空間分析工具，按照相應指標，分析功能區內的開發利用狀況，再按照相應標準，輔助分析用海活動的海洋功能區劃符合性。海洋功能區劃實施情況分析內容和指標見表4所示。(9)監測成果編制。生成定制格式的監測圖件和監測報告。

4海洋功能區遙感監測方案適用性分析

上述方案的實質是針對海洋功能區劃的效力點，明確了海域使用遙感監測的技術流程，以及其中各環節的監測分析內容、方法、指標或規則。筆者的應用經驗表明，該方案適用于對海洋功能區內開發利用活動的快速檢測和對海洋功能區劃實施情況的輔助分析。方案的適用性來自以下幾方面的保障:(1)新一輪的海洋功能區劃(2011～2012年)中的目標指標和功能區管理要求都比較明確。(2)海域使用絕大部分在海面上都能得到反映。目前海域使用動態監視監測采用的遙感資料的空間分辨率已經很高，具備應用于海洋功能區監測的能力。(3)面向對象的遙感分類技術已在海岸帶地區得到成功應用，特別近年來對各類用海分類規則的歸納越來越趨于成熟，使海域遙感分類的精度和效率得到了顯著提高。

5結語

本文針對海洋功能區劃中的功能區管理要求，提出了一套涵蓋資料、方法、流程和規則等的海洋功能區遙感監測方案。本方案一方面根據海洋功能區劃的效力點，對海洋功能區遙感監測的要點進行了明確，同時構建了海洋功能區遙感監測的流程和各環節的技術方案。從筆者的應用經驗看，方案具有可行性。本方案的關鍵支撐是海域使用遙感分類技術，核心是各類用海分類規則的科學歸納和有效使用，這將是本方案進一步完善的方向。

作者：劉百橋劉利東單位：天津師范大學城市與環境科學學院