面向对象的围海养殖用海信息分类提取与动态监测研究

以江苏大丰高涂围海养殖区域为研究区,基于ZY-3号高分辨率卫星遥感数据,采用面向对象方法开展了围海养殖用海信息分类提取与动态监测研究。通过多尺度分割获取研究区地物斑块,根据其形状、光谱、纹理等特征信息的差异性,建立分类规则集,并结合目视解译完善提取规则,实现了围海养殖用海中淡水养殖区、海水养殖区和干涸养殖区的分类提取,得到精度达93%的分类结果。总结出养殖区分类提取通用的特征指标集。最后基于目标识别,对多年份围海养殖信息进行动态监测,更全面、高效地了解围海养殖发展趋势,为海洋遥感监测领域拓展了更广阔的应用前景。     

基于Sentinel-2影像的围海养殖信息提取

为了能够利用遥感图像快速准确地提取围海养殖矢量信息,本文选取养殖水体、堤坝及育苗室等交错分布的海参围海养殖区域作为研究区域,根据研究区域Sentinel-2遥感影像的光谱特征,选用归一化差异水体指数（Normalized Difference Water Index,NDWI）、改进归一化差异水体指数（Modified Normalized Difference Water Index,MNDWI）和增强水体指数（Enhanced Water Index,EWI）三类水体指数,分别进行提取实验,利用同时期高空间分辨率的高分二号卫星（GF-2）影像作为参考,验证不同方法的提取精度,精度评价结果表明：相较MNDWI和EWI两类水体指数,NDWI的分类精度更高,且利用NDWI提取研究区域的围海养殖信息的效果更好,所以该方法可在养殖区域的动态监测和规划管理中发挥数据支撑作用。     

基于Sentinel-2A和GF-1B遥感数据的海岸带水产养殖识别方法比较

近海水产养殖为人类提供优质的动物蛋白,对海洋经济高质量发展具有重要意义。卫星遥感技术已被广泛用于海岸带水产养殖的监测,但目前相关的研究聚焦基于单一传感器卫星数据并使用单一信息提取算法而忽略与不同卫星传感器以及处理方法之间的比较。本研究以北莉岛东北部为研究区,基于多光谱Sentinel 2A卫星和高分一号B（GF 1B）卫星数据,分别使用自适应阈值法、支持向量机监督分类法以及多尺度分割面向对象分类法,开展海岸带人工水产养殖区的识别。研究表明,更高空间分辨率的GF 1B卫星对人工水产养殖水网密集区的提取正确率远优于Sentinel 2A卫星;基于高空间分辨率GF 1B卫星,多尺度分割面向对象分类法的正确率最高,为94.65%,优于支持向量机监督分类法的94.45%和自适应阈值法的84.62%;自适应阈值法更适用于中等空间分辨率卫星数据的水产养殖信息提取,其提取的水产养殖水面的面积与目视解译提取的面积差异小于4%。针对单个养殖池使用情况的业务化监测需使用高空间分辨率卫星数据,而大范围水产养殖面积的变化分析则可应用中等空间分辨率卫星数据。     

基于多源遥感影像的围填海项目监视监测系统的设计与应用

为满足围填海项目长时期、高频率和精细化的遥感监测需求以及提高监测自动化水平,文章采用ArcGIS和ENVI一体化开发技术,建立围填海项目遥感监视监测系统。研究结果表明:该系统通过构建围填海项目数据库,实现多源遥感影像数据批量处理、围填海范围提取以及监测成果图件批量输出等功能,可满足围填海项目遥感监视监测工作的需求,并在一定程度上实现遥感监测工作的批量化和自动化。由于遥感监测手段具有局限性,监测结果还须结合现场核查或测量结果使用。     

高分一号卫星影像海岸带区域定位精度评价

以覆盖黄河三角洲和连云港区域的两景高分一号卫星遥感影像1A级产品为例,利用现场采集的地面控制点和1∶50 000的DEM产品,开展了影像自主定位和正射校正实验,制作了控制点偏移矢量图,并对影像的定位精度进行了分析。结果表明:高分一号卫星影像具有较好的自主定位精度,黄河三角洲区域影像定位精度在27.8m左右,连云港区域影像定位精度在53.8m左右;在单控制点的情况下,影像的定位精度在3m左右,最大偏移量约为6m;在多控制点下正射校正,影像的定位精度为1m左右,最大偏移量为1个像元;对比控制点偏移矢量图,检查点较影像同名点的偏移方向与大小基本一致,表明高分一号卫星影像内部刚性较好。     

使用多源遥感影像监测深圳市海岸线变迁

海岸线是陆地与海洋的分界线,一般指海潮时高潮所到达的界线。文章以深圳市为例,以1988—2015年的多景Landsat和SPOT影像为数据源,分类提取5个时相的深圳市海岸线,利用遥感和地理信息系统手段,系统分析岸线类型、长度、位置变化特征,并用实测数据加以验证。结果表明,通过多时相遥感数据可以快速、准确、客观地提取不同类型海岸线的空间和类型信息,从而构建科学、准确、响应快速的监测体系。     

基于港口船舶识别的高分二号卫星遥感影像融合方法比较

在卫星遥感影像识别中,相较于海上单一环境的船舶识别,港口船舶识别由于存在集装箱、码头等大量干扰目标,显得更为困难。采用强度-色度-饱和度(Intensity-Hue-Saturation, IHS)变换、Brovey变换(Brovey Transform, BT)、ESRI全色锐化变换、简单均值变换和施密特正交变换法(Gram-Schmidt, GS)等5种融合算法,进行高分二号卫星全色和多光谱影像的融合试验,通过定性和定量评价选出适用于港口船舶影像的最优方法。结果显示GS融合方法在增加影像空间信息的同时维持了光谱保真性,其均方根误差、峰值信噪比、结构相似性等指标均优于其他4种融合方法,可用于港口船舶识别。     

三沙湾30余年来围填海遥感监测与分析

环三沙湾区域是海峡西岸经济区重要组成部分,经济发展迅速,围填海活动频繁。为了全面摸清三沙湾围填海状况,以美国Landsat系列卫星影像为数据源,采用人机交互的方式提取了1982—1991年、1991—2001年和2001一2013年间的围填海信息,并进行了时空变化分析。结果表明:研究区30余年来围填海活动频繁,围填海总面积为16 122.99 hm~2,围填海利用类型以水产养殖为主;三个时间段中,1991—2001年间围填海面积最大,为9 950.53 hm~2;空间分布上,三沙湾沿岸围填海主要分布在宁德市,其中福安市围填海面积最大。结合相关资料分析发现,研究区围填海变迁与当地的经济发展历程一致。     

高分三号卫星对海浪的首次定量遥感

高分三号(GF-3)是我国首颗C频段多极化高分辨率微波遥感卫星,于2016年8月10日在太原卫星发射中心成功发射。GF-3 SAR卫星入射角范围约为20°—50°,具备单极化、双极化和全极化等多极化工作能力,还是世界上成像模式最多的SAR卫星,具有12种成像模式。不仅涵盖了传统的条带、扫描成像模式,而且可在聚束、条带、扫描、波浪、全球观测、高低入射角等多种成像模式下实现自由切换,既可以探地,又可以观海,达到"一星多用"的效果。近日,国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室利用首批GF-3合成孔径雷达(SAR)遥感数据(图1)对夏威夷西北部附近太平洋海域的海浪进行了首次定量分析和反演研究(图2)。图1为GF-3 SAR的灰度图像,成像时间为2016年9月2日8:30(GMT),卫星此时飞行速度约为7.6km,极化方式为VV极化,飞行方向为降轨,空间分辨率为8m×8m,中心入射角为28.32°。由图1可以看出,SAR图像上存在明显的黑白相间的海浪条纹,说明海浪在图像上能够顺利成像。通过提取灰度图像上的调制信息,并作傅里叶变换分析,可得到包含海浪信息的图像谱。进一步,基于经典的Hasselmann SAR海浪成像模型的准线性形式,同时估计倾斜调制、水动力调制和聚束调制等三种海浪调制函数(MTF),可以利用图像谱反演得到海浪谱,此时的海浪谱主要为较长波长的涌浪信息,至于较短波长的海浪信息提取,由于受到方位向截断效应的影响,则需要引入初猜谱加以补偿实现。图2为图1反演的海面涌浪参数。从图2可以看出,该海域海浪由西北向东南传播(即由外海向近岸传播),平均波长约200m,有效波高从2.5m到4.0m不等,能够反映浪场的分布差异。由于没有同步的现场观测资料和其他卫星遥感资料,本文将这些结果与欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的ERA-Interim再分析数据进行了比对。初步反演与比对结果表明,两者有较好的一致性,但本文的反演结果反映了更多的细节,显示GF-3 SAR有能力对海面涌浪信息进行高分辨率的观测;同时,再次表明ERA-Interim再分析数据低估了有效波高,因此GF-3卫星的发射将有利于提高全球海浪的遥感观测水平。     

高分一号卫星海岸带影像质量评价

高分一号(GF-1)是我国自主研制的宽幅带高空间分辨率遥感卫星,为分析其在海岸带地区的应用潜力,本文采用主观和客观相结合的评价方法,并与SOPT-5卫星影像进行比对,开展GF-1影像的成像质量评价。主观评价结果表明:GF-1影像表现能力与SPOT-5影像相当,在某些地物特征表现上与SPOT-5比较一致。客观评价表明:GF-1影像的4种统计参数与SPOT-5影像比较接近且各有高低,GF-1影像各波段的灰度分布更分散,地物间的可分性更高;GF-1影像各波段的信噪比和波段间的独立性与SPOT-5比较,基本相同,整体看来,GF-1具有较高的成像质量,在海岸带地区具有一定的应用潜力。     

高分一号在青岛输油管道海面溢油监测中的应用

针对2013年11月22日青岛黄维输油管道泄漏爆炸事故中造成的胶州湾海面溢油,利用GF-1卫星数据对2013年11月26日胶州湾海面溢油特征进行了提取与分析。结果表明,蓝色波段(0.45~0.52μm)与绿色波段(0.52~0.59μm)油水反差明显,尤其绿色波段油膜特征提取效果较好;反射红外波段(0.77~0.89μm)可用作辅助掩膜;红色波段(0.63~0.69μm)没有区分度;基于绿色波段数据,采取频域方法初步处理,并结合以反射红外波段作出的海区掩膜便可以有效提取海面油膜信息。因此,GF-1卫星数据可对近岸海域、小范围海洋溢油实现有效监测。     

高分遥感影像在海域使用监测中的应用可行性分析——以连云港市为例

高分遥感影像在海域使用监测存在位置偏移的问题,本文针对连云港海域动态监测中常用的资源三号(ZY-3)、Rapid Eye和高分一号(GF-1)遥感数据,应用现场测量的海域界址点数据,对高分遥感影像在海域使用监测中的应用开展可行性分析。结果表明:(1)遥感影像相对海域界址数据偏移大小不同:Rapid Eye影像的均方根误差ERMS最大,为9.09 m,小于2个像元;GF-1影像的ERMS为8.90 m,大于4个像元;ZY-3影像的ERMS最小,为7.87 m,小于4个像元;(2)3种卫星影像的东西向和南北向平均偏移量接近,ZY-3影像的分别为4.92 m和5.00 m;Rapid Eye影像的分别为5.97 m和5.84 m;GF-1影像的分别为6.59 m和4.52 m;(3)不同影像的内部精度一致性存在差异,即影像上同名点与界址位置的偏移方向和偏移量存在不同,其中Rapid Eye影像的偏移方向无规律性,且偏移量较大,而ZY-3和GF-1影像总体向东偏移,ZY-3影像偏移量要小于GF-1影像;(4)对于不同空间分辨率的影像而言,校正后东西向和南北向上的误差,并不能直接决定对应地物面积的误差大小。     

基于多源遥感数据的淇澳岛红树林范围提取研究

本文使用Landsat-8影像、Sentinel-2影像、高分6号影像和ASTER GDEM数据等多源遥感数据,采用随机森林监督分类方法提取珠海淇澳岛红树林分布范围,对比不同影像数据提取红树林的精度及适用性。实验结果表明：使用三类遥感影像分别进行红树林范围提取,Sentinel-2影像提取红树林范围总体精度最高;在三类遥感影像中分别增加DEM数据、波段指数和纹理信息后,红树林范围提取精度可进一步提升;增加DEM数据后,精度提升最明显,高分6号影像增加纹理信息后,精度也有较大提升。通过对比可知,Sentinel-2影像拥有较多的光谱波段及适中的空间分辨率,是最合适的红树林范围提取数据源,而ASTER GDEM数据便于区分红树林和陆生植被,是比较好的辅助数据。通过对多源遥感影像及辅助数据提取红树林范围进行对比分析,为红树林遥感提取数据源选取及红树林提取精度提升提供了参考和借鉴。     

基于高空间分辨率卫星遥感影像的围填海存量资源监测与评估研究——以营口市南部海岸为例

为详细掌握围填海存量资源状态,提高海域空间资源监管精细化水平,本文提出围填海存量资源概念,并将围填海存量资源划分为围而未填区域、填而未建区域、低密度建设区域、低洼坑塘、低效盐田和低效养殖池塘等6种类型,以及工业区、城镇区等围填海存量资源的消耗类型。在此基础上,采用高空间分辨率卫星遥感影像,建立了面向对象的围填海存量资源遥感影像分类提取方法与技术流程,构建了围填海存量资源指数,并以营口市南部海岸区域为例进行了实证研究。结果表明:（1）面向对象的围填海存量资源遥感影像分类提取方法能够精细地提取围填海存量资源信息,准确率达到90%以上;（2）填而未建区域、低效盐田、低效养殖池塘占研究区围填海存量资源总面积的62.51%,研究区围填海存量资源指数为0.49,但内部差异明显,北部区域为0.66,中部区域为0.44,南部区域为0.37。     

基于机载与高分遥感数据的连云港市东西连岛周边围填海分析

针对连云港市东西连岛周边海域近几年围填海的建设,使用2012年无人机影像、历史航空影像和高分一号卫星影像,应用遥感影像解译和信息提取技术,提取了2009年、2012年和2013年的围填海信息,并分别开展了2009年~2012年和2012年~2013年两个时段的围填海遥感监测与分析。结果显示:2009年~2012年间围填海面积为6.3852 km2,以围海为主,围填海主要分布在连云港港口东部区域;2012年~2013年间,均为填海,面积为0.2581 km2,主要分布在连云港港口内部。     

基于高分遥感的西沙群岛典型海岛时空变化分析

高分辨率卫星遥感技术已成为有效监测海岛动态变化的主要手段。本文以西沙群岛社区驻地海岛、领海基点所在海岛和自然保护区所在海岛为研究对象,利用 2005 年以来的高分辨率卫星遥感影像,分析了各类海岛的时空变化情况。结果表明：社区驻地海岛变化普遍较大,特别是永兴岛、赵述岛、筐仔沙洲和银屿,主要都是由于吹沙填岛和岛上开发利用活动日益增多造成的,变化主要发生在 2012 年三沙市成立之后;领海基点所在海岛和自然保护区所在海岛相对较稳定,岛上地形、地貌及植被等基本保持原有的自然状态,变化区域主要分布在各个海岛的端头,主要是由自然因素导致的。海滩岩对海岛起到了极大的保护作用,海滩岩发育好的海岛基本保持稳定状态,而没有海滩岩发育或海滩岩被破坏的海岛则变化较大。     

海域动态遥感监测业务体系设计研究

文章在分析海域动态遥感监测业务需求和关键技术问题的基础上,结合当前海域动态监视监测管理系统的建设基础与运营经验,对海域动态遥感监测业务技术体系做了初步研究和设计。文中将海域动态遥感监测业务分为全域常规监测、局域强化监测和定域应急监测3个业务层次,提出了涵盖业务组织、开展方式、流程、监测内容和技术保障等内容的业务体系规划方案,并给出了关于数据源和监测频率等的建议指标。     

基于多源卫星遥感的珠江口围填海生命周期分析

围填海是区域社会经济发展到一定阶段向海洋谋求发展空间的一种基本手段。珠江三角洲是我国社会经济发展的热点区域之一,探索其近岸河口区域围填海时空过程并对其未来趋势进行分析对海岸带综合开发具有重要的意义。本研究以多源陆地资源卫星Landsat为数据源,通过影像数据处理分析探讨了珠江口围填海历史变迁过程,并对其围填海生命周期进行了估计。结果表明,珠江口围填海主要发生在改革开放后,其中1978—1988年围填海面积为18 572hm2,1988—1996年间围填海面积为25 528hm2,1996—2005年间围填海面积为13 911hm2,2005—2015年间围填海面积6 723hm2。截至2015年,珠江口共围填海面积64 753hm2,空间上主要集中分布于西部岸段。基于历史围填海时空演变过程,通过围填海生命周期图进一步对珠江口未来的围填海工程实施潜力进行形式预判。结果显示,珠海岸段和深圳前海岸段是珠江口今后实施围填海热点区域,其他区域围填海速度会相对减缓,但随着珠江口海岛逐渐与陆地海岸带相接,该区域围填海过程也将会终止。围填海生命周期分析可为海岸带实施围填海工程规划提供相关决策依据。     

北海区围填海遥感监测业务流程规范化研究与规范制定设计

文章在调查分析国内外围填海遥感工作的研究进展与北海区围填海遥感监测业务规范需求的基础上,对北海区围填海遥感监测业务流程进行规范;阐述了围填海遥感监测业务规范应包括的主要内容;并对其应用和发展进行了探讨。     

无人机在围填海动态监测中应用探讨

开展围填海工程的海域使用动态监测是海洋管理部门加强监管、规范项目用海和施工、保护海洋资源环境的有效手段。围填海项目动态监测现场勘测耗费大量的人力物力,而且时效性差,而无人机具有结构简单、易操作、使用成本低、风险小、响应快、适应性强、平台自主性强、可获得高分辨率数据等优势。文章对无人机在围填海动态监测的应用进行了探讨和展望。