太浦河水面和岸线利用遥感监测分析研究

蔡 辉，金照青

（太湖流域管理局苏州管理局，江苏 苏州 215011）

太浦河水面和岸线利用遥感监测分析研究

蔡 辉，金照青

（太湖流域管理局苏州管理局，江苏 苏州 215011）

以太浦河为研究对象，利用 2014 年国产高分一号卫星 2 m 全色/8 m 多光谱影像，结合地理信息技术（GIS）技术，对太浦河流域面积和长度及离岸 200 m 区域内土地资源利用现状进行遥感监测，得到太浦河总流域面积、长度，分析得出流域内城镇村及工矿用地面积较大，农业结构多元化，且分布较均衡。研究结果表明，遥感监测能准确、全面地监测河道及两岸的土地开发利用情况及空间分布状况，是进行大范围、周期性水面和岸线利用监测的理想数据源，具有很大的应用潜力。

太浦河；水面；岸线利用；遥感监测

0 引言

太浦河西起东太湖边上的吴江市七都镇，东至上海市南大港接西泖河入黄浦江，跨江苏、浙江、上海 3 省（市）。太浦河开通后成为太湖洪水的骨干排洪河道，也是太湖向下游供水的骨干河道，还是重要的航运通道。太浦河工程按 1954 年型洪水设计，汛期 5—7 月需承泄太湖洪水 22.5 亿m3，占太湖外排水量的 49%，同时承泄杭嘉湖北排涝水 1.6 亿m3；遇流域特枯年份，7—9 月可向黄浦江供水 18.5 亿m3，将显著改善黄浦江和上海取水口水源地水质。太浦河工程不仅是太湖流域综合治理的重要组成部分，在承担太湖流域防洪排涝的同时还担负“引江济太”的重要任务，也是流域内水资源调度的重要河道。随着经济社会的不断发展，太浦河工程社会和经济效益日益显著。因此，全面查清太浦河流域面积、河流长度，了解太浦河水面和离岸 200 m 区域内土地资源利用现状，对河湖岸线管理和开发利用规划具有十分重要的意义。

遥感技术具有宏观、快速、经济等特点，以及获取信息受条件限制少、信息量大等优势[1], 克服了传统调查手段费时、费力，难以及时、准确、全面监测的缺点，成为现代河湖岸线利用监测的主要手段。White 等利用 TM 影像监测尼罗河三角洲的岸线变化，查出了岸线变化最快的区域，并对其进行更为严密的监测，为尼罗河三角洲流域的海岸带管理提供了有力的技术支持[2]。杨金中等利用 MSS 和TM 等影像对杭州湾地区近 115 km 长的海岸进行了遥感调查研究，调查自 1955 年以来杭州湾海岸线变迁规律及影响因素，并预测发展趋势，为杭州湾合理开发、管理和保护提供了依据[3]。王琳等利用TM/ETM + 影像研究了厦门 1989—2000 年的岸线变化情况，有助于决策者对厦门沿岸水域和陆域做合理的布局和安排[4]。

鉴于遥感技术的应用优势，利用高分辨率遥感影像，结合 GIS 分析方法，对太浦河的水面和岸线利用现状进行监测，为太浦河流域的科学规划和管理提供重要的参考依据。

1 遥感监测方法

1.1 遥感数据源

结合太浦河监测业务需求，监测数据应能够反映太浦河水面、沿岸开发利用及动态变化情况，因此，应采用高空间分辨率、高时间覆盖能力的卫星遥感数据。经比较，采用 2014 年 10 月 15 日全面覆盖太浦河区域的 2 景国产高分一号卫星 2 m 全色/8 m多光谱影像。高分一号卫星主要载荷包括 2 台空间分辨率为 2 m 全色/8 m 多光谱的高分辨率相机（简称 PMS 相机），及 4 台空间分辨率为 16 m 的多光谱宽覆盖相机（简称 WFV 相机）。高分一号卫星的PMS 相机图像幅宽可达 60 km，重访周期 41 d[5]，探测全色和蓝、绿、红、近红外 4 个谱段，可识别出河流、植被、城市建筑和水利工程等的分布特征，同时兼顾成像范围和图像获取的时间分辨率要求，为本研究的主要数据源。

1.2 遥感监测方法

1.2.1 遥感影像预处理

本研究以人工交互目视解译为主要工作方法，遥感影像处理主要为全色波段与多光谱波段匹配、几何纠正和图像增强（融合）。

1.2.1.1 波段匹配

由于高分一号卫星成像时，多光谱波段和全色波段成像存在一定的时间差异，因此在融合时必须进行匹配。本研究采用多光谱波段向全色波段进行匹配，然后再由全色波段选地面控制点进行统一几何校正。

1.2.1.2 几何纠正

几何纠正控制点主要通过内业初定和外业测量获取[6]。控制点分为以下 2 种：1）局部控制点。局部控制点选取在河道两侧 5 km 范围内，在融合影像（2 m）上清晰，实际调查中标识明显，交通较为便利的小型地物。2）全局控制点。全局控制点为控制整个图面的精度，在图面四角选取的控制点，选取方法与局部控制点相同。由于监测区域经济发达，现状变化较快，内业工作中多确定一些控制点，以保证有效控制点数目能满足图像几何纠正的需要。内业初步确定的太浦河工作区控制点为 71 个。

内业初步确定控制点后，外业进行实地测量，采用差分 GPS 测量方法（RTK）进行实地测量。外业测量（含补测）的太浦河工作区的控制点为 25 个。

对于内外业工作获得的控制点，进行二次多项式的误差分析，对误差大于 1 个像元（2 m）的控制点进行剔除，同时为了使控制点能控制整个河道（包络控制）和满足合理的数量，对于无法包络控制的区域进行了补测，最后确定 16 个控制点。几何纠正采用二次多项式，残差均小于 1 个像元。几何纠正时，进行三次褶积重采样，纠正后的像元大小为 2 m。

1.2.1.3 图像增强（融合）

采用 IHS 变换（也称彩色变换）方法对高分一号 8 m 多光谱与 2 m 全色影像进行融合。首先对多光谱影像进行重采样，使多光谱影像的分辨率与全色影像一致；然后对多光谱影像进行 IHS 变换，并用全色影像替换经过 IHS 变换后得到的多光谱影像的 I 分量；最后进行 IHS 反变换得到高分辨率的多光谱影像。

1.2.2 监测信息获取

1.2.2.1 太浦河面积和长度

太浦河水面及沿岸开发利用情况以河流岸边200 m 范围为界，其中河流边界通过卫星遥感影像解译获取，经过实地验证后确定以挡墙作为河流水面边界。太浦河流域调查面积按河流水域和沿岸 200 m范围的面积进行统计，其中河流水域面积包括河流水面面积、河流线内的围网养殖和取土工程、内陆滩涂及水工建筑用地（堤路林）。河流沿岸 200 m 范围面积统计到行政村。

河流水面面积的计算遵循以下原则：若河流支流有水闸，以水闸为分界将支流与两河面积分开；若无水闸，则以支流与两河连接处的河岸线连线为分界将支流与两河面积分开。太浦河水域面积包括汾湖穿湖堤以北的汾湖水面面积。

太浦河的河口起止点参照了 2003 年测绘成果，以河流中心线长度（包括湖、荡的中心线长度）作为河流长度。

1.2.2.2 开发利用地类

太浦河河道及沿岸土地类主要依据 GB/T 21010—2007《土地利用现状分类》[7]分为耕地、园地、林地、交通运输用地、城镇村及工矿用地，以及水域及水利设施用地等 6 个一级地类。同时为突出河流水面及岸线开发利用的特点，将鱼塘、围网养殖和取土工程等 3 个三级地类划分到一级地类中，如表1 所示。水域及水利设施用地细分为河流水面、内陆滩涂、沟渠和水工建筑用地等 4 个二级地类。

表 1 土地利用一级分类表

根据内外业建立的解译标志，依据直接判读法、对比分析法、信息覆合法、地理相关分析法及综合推理法等对影像地类进行判读解译，并进行外业逐图斑核查。对图斑精度验证包括以下 3 个部分：对每条河各取 1 个图斑利用差分 GPS 测量（RTK）验证；对每条河各取 3 个图斑利用手持GPS 进行面积测量验证；对一些长度利用皮尺进行长度测量验证。

2 遥感监测成果分析

2.1 监测成果

2.1.1 太浦河面积和长度

根据遥感影像监测和内外业核查，太浦河及河岸 200 m 范围内共提取 1 223 个图斑，图斑总面积约4 129.01 hm2，长度约 57.6 km。

2.1.2 开发利用现状统计

对 1 223 个图斑按表 1 中的地类进行分类统计，各地类所占面积如表 2 所示。

表 2 太浦河及沿岸（200 m）地类统计表

结果显示，水域及水利设施用地是太浦河流域范围内用地面积最大的地类，占总面积的 40.70%，包括河流水面 1 429.05 hm2、内陆滩涂 3.51 hm2、沟渠 0.07 hm2、水工建筑用地 247.79 hm2。

城镇村及工矿用地面积大小处于第 2 位，占总面积的 16.35%，约为耕地面积的 1.64 倍。

耕地、鱼塘、围网养殖和林地所占面积基本相当，分别约占总面积的 8%～10%。

太浦河河流范围内除河流水面外，主要用地类型为围网养殖和水工建筑用地，面积分别为 340.31和 236.52 hm2。

2.2 监测成果分析

对太浦河水面和岸线利用的遥感监测成果进行分析，结果如下：

1）太浦河流域内城镇村及工矿用地面积较大，区域经济发展水平较高。虽然水域及水利设施用地是研究范围内占比最大的地类，但扣除河流水面面积，城镇村及工矿用地面积占比最大，可见区域经济发展水平较高。实地调查发现太浦河沿岸产业结构传统，地区经济主要以工业为主，工业类型主要以纺织、印染为主，产业结构单一且已形成完整的产业链，以传统纺织印染为主的产业结构带来大量工业污染排放，对太浦河水质构成影响。

2）太浦河流域内农业结构多元化，且分布较均衡。流域内主要农业用地为耕地、鱼塘、围网养殖和林地，分别约占总面积的 8%～10%。园地面积不大，不足总面积的 1%。

3）围网养殖对防洪排涝、水资源调度影响不大。流域内围网养殖面积占总面积的 8.24%，占水面面积的 23.8%。经进一步分析，围网养殖主要集中在汾湖南侧区域，位于行洪通道（太浦河穿汾湖）南侧区域，并不占用主航道，因此对行洪及水资源调度影响不大。

3 结语

利用高分一号 2 m 全色/8 m 多光谱数据对太浦河水面和岸线利用的遥感监测实践表明：

1）高分辨率卫星遥感数据与 GIS 技术相结合，能准确、全面地监测河道及两岸的土地开发利用情况及空间分布状况，可为水行政主管部门的有效管理提供第一手的决策数据。

2）高分一号卫星 2 m 全色/8 m 多光谱数据可识别河流水面及岸线开发利用的 10 个一级地类和 4 个二级地类，并兼顾成像范围和图像获取的时间分辨率要求，是进行大范围、周期性水面和岸线利用监测的理想数据源，具有很大的应用潜力。

下一步将利用多时相的高分一号 2 m 全色/8 m多光谱数据，对太浦河水面和岸线利用进行变化检测，及时、准确地反映水面和岸线利用的变化信息，为河湖岸线管理和开发利用规划提供技术支撑。

参考文献：

[1] 寇尔丹. 遥感技术在水利行业应用现状综述[J]. 水与水技术，2014 (4): 81-84.

[2] White K, El Asmar H M. Monitoring Changing Position of Coastlines using Thematic Mapper Imagery, An Example from the Nile Delta[J]. Geomorphology, 1999, 29 (1-2): 93-105.

[3] 杨金中，李志中，赵玉灵. 杭州湾南北两岸岸线变迁遥感动态调查[J]. 国土资源遥感，2002 (1): 23-28.

[4] 王琳，徐涵秋，李胜. 厦门岛及其邻域海岸线变化的遥感动态监测[J]. 遥感技术与应用，2005, 20 (4): 404-410.

[5] 白照广. 高分一号卫星的技术特点[J]. 中国航天，2013 (8): 5-9.

[6] 朱敏，刘刚，马海涛，等. 遥感影像目视解译矢量化分析[J]. 测绘与空间地理信息，2010, 33 (4): 67-69.

[7] 国土资源部. GB/T 21010—2007 土地利用现状分类[S]. 北京：中国标准出版社，2007: 2-5.

Analysis and Study of Water Surface and Coastline of Taipu River Using Satellite Remote Sensing Monitoring

CAI Hui, JIN Zhaoqing
(Suzhou Administration Bureau of Taihu Basin Authority, Suzhou 215011, China)

Focusing on Taipu River, taking multispectral image of domestic high resolution-1 satellite in 2014, combining with the GIS technology, this paper does remote sensing monitoring about the present utilization situation of land resources of the drainage area, and the length and offshore 200 meters of Taipu River. It gets the total area and the length of Taipu River, realizes the inner city county-rural and mining area are large, agricultural structure is diversified and distribution is balanced. The study results show remote sensing monitoring can monitor the land development and utilization situation and spatial distribution on the both sides of the river and riverway accurately and comprehensively. It is the ideal data source for wide range, periodic surface and shoreline utilization monitoring, which has prodigious utilization potentiality.

Taipu River; water surface; coastline utilization; remote sensing monitoring

P208.2；TP7

A

1674-9405(2015)03-0042-04

2015 -02-28

蔡 辉（1979－），男，江苏泰州人，工程师，从事水政监察、工程管理、水资源管理等工作。