海岸帶地區(qū)地貌分類與定量分析方法

海岸帶地區(qū)地貌分類與定量分析方法

一、海岸帶地貌研究的發(fā)展土地整理是影響地表能量流動和物質(zhì)交換的重要因素，特別是在人類活動最集中的沿海地區(qū)，尤其是在人類活動最集中的沿海地區(qū)。我國近海海洋綜合調(diào)查與評價專項(“908專項”)海島海岸帶衛(wèi)星遙感調(diào)查把海岸帶地貌作為調(diào)查的八類要素之一,調(diào)查成果有利于正確掌握海岸帶地貌的成因和分布,為海岸帶利用、開發(fā)和管理提供科學(xué)依據(jù)。近年來,地貌研究有了新的發(fā)展。分類體系方面,國內(nèi)外學(xué)者提出了多種地貌分類體系,其內(nèi)容有一定的差異,如:對中山的劃分,有的采用起伏度>800m,有的采用起伏度>1000m。這些分類體系在大尺度的內(nèi)陸地貌信息解譯中成功應(yīng)用,卻沒有考慮海岸帶特有地貌類型,不適用于小尺度的海岸帶地貌調(diào)查工作;技術(shù)方面,地貌形態(tài)數(shù)學(xué)描述廣泛發(fā)展,特別是基于DEM的定量方法普遍使用,可以獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果,但是耗費時間,對于劃分水下地貌無能為力。分類體系的多樣性和單純定量方法的不適用性,給海岸帶地貌調(diào)查造成不便。確定適合海岸帶地貌的分類體系,利用遙感技術(shù),可以克服上述缺點。本文提出了基于遙感的海岸帶地貌類型信息提取的方法,以海岸帶地貌分類體系作為基礎(chǔ),遙感影像宏觀反映地貌類型紋理特征,借助DEM分析結(jié)果和歷史地貌圖,恰當(dāng)?shù)靥崛∥⒂^地貌特征并確定成因。二、營造主客觀實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容現(xiàn)有地貌分類體系的依據(jù)思想不同,分類內(nèi)容存在差異,對海岸帶特有地貌類型沒有考慮,因此不能直接應(yīng)用于海岸帶地貌類型信息提取。“908技術(shù)規(guī)程”的地貌分類體系也需要完善。常用的地貌分類思想主要有:此方法只根據(jù)絕對海拔劃分基本地貌類型,沒有考慮相對高度,劃分的地貌類型易與人們平時的觀念大相徑庭,出現(xiàn)高山不高、低山不低的現(xiàn)象。而相對高度可以給人以高、中、低的概念。該方法劃分出的地貌基本形態(tài)與人們觀念一致,但由于丟棄了絕對高度,存在一定問題。絕對高度是客觀存在的,不能不予以考慮。絕對高度不同則外營力的作用方式及組合就不同,從而地貌發(fā)展趨勢及生產(chǎn)利用方向也會有所不同。此方法既考慮充分條件又考慮必要條件,比較合理。但是,考慮兩個指標(biāo)卻不分先后,加上處理手法不當(dāng),會出現(xiàn)第一種分類思想的缺陷,造成兩個指標(biāo)有時在某地貌單元上無法同時滿足。通過分析,本文采用“起伏高度為主,絕對高度為輔”的分類思想,既符合人們的觀念,又重視了絕對高度的客觀作用。借鑒20世紀(jì)80年代全國海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查工作的地貌分類體系、《908海島海岸帶衛(wèi)星遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程》和《中國1∶100萬地貌圖》,提出了海岸帶地貌分類體系(見表1,簡要列出,其余部分以“……”代替,“——”表示無子類型)。三、萬地貌圖本文使用的數(shù)據(jù)有SPOT影像、1∶5萬DEM數(shù)據(jù)和20世紀(jì)80年代調(diào)繪的1∶20萬地貌圖。遙感影像、DEM數(shù)據(jù)和歷史地貌圖具有各自優(yōu)勢,也存在不足,綜合利用三類數(shù)據(jù),可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補。1.外來地貌信息區(qū)的圖像融合本文使用的SPOT衛(wèi)星1A級影像數(shù)據(jù),成像于2003～2007年,能夠表現(xiàn)諸多地貌類型紋理特征,最主要的是可以實時反映地貌的變化,這一點對于開發(fā)活動頻繁的海岸帶地區(qū)意義重大。不足之處是不能反映地貌類型的成因,并且有時影像紋理邊界不是地貌類型真實邊界。標(biāo)準(zhǔn)分幅的1∶5萬DEM,格網(wǎng)大小為25m×25m,是定量解譯地貌信息的基礎(chǔ)資料。僅僅依靠DEM的地貌定量劃分工作量大,耗費時間,需要定性手段的補充,才可以用于大范圍內(nèi)的海岸帶地貌調(diào)查。此地貌圖為20世紀(jì)80年代全國海岸帶調(diào)查的成果,提供了海岸帶地貌類型的成因和概略位置,缺點為現(xiàn)勢性差,地貌類型邊界不準(zhǔn)確?！?08專項”要求成果比例尺為1∶5萬,顯然1∶20萬比例尺過小,需要根據(jù)影像紋理,借助DEM分析結(jié)果對其邊界細(xì)化。2.地貌類型的確定將人工地貌與其他地貌類型分別考慮,已完成的土地利用成果是獲取人工地貌的直接來源,1∶20萬地貌圖矢量化后作為其他地貌類型的基本參考。由于各類數(shù)據(jù)調(diào)查范圍的上下限各異,首先根據(jù)“908專項”修測岸線、“908規(guī)程”規(guī)定的潮間帶下限對其邊界統(tǒng)一,然后進行地貌類型信息提取,具體如圖1所示。建立空的矢量層作為人工地貌層,土地利用層根據(jù)岸線修邊后,批量提取人工地貌要素并添加屬性。利用疊置分析合并圖層,保證多邊形之間無重疊、無縫隙,具有正確的拓?fù)潢P(guān)系。數(shù)據(jù)合并后,陸地地貌、潮間帶地貌和淺海地貌間的界線已經(jīng)確定?！?08專項”要求成果為1∶5萬比例尺,根據(jù)前文分析得出的結(jié)論,需要對合并結(jié)果的邊界分類細(xì)化,細(xì)化方式主要有兩種。1.彩色spct影像中的紋理遙感照片中的各種地貌圖像,它們大部分呈現(xiàn)紋理型。平原、低丘和山脈具有不同形狀和高度的起伏,反映在影像上則呈現(xiàn)不同粗糙度和方向的紋理。諸多地貌類型在SPOT彩色影像上紋理明顯,可以根據(jù)紋理對1∶20萬地貌圖的圖斑邊界細(xì)化。最近,海岸帶開發(fā)活動趨于白熱化,造成自然地貌的改變、人工地貌的生成和變遷,遙感數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r反映這些變化,利于準(zhǔn)確判斷變化地貌的新邊界,這種能力是其他手段所不具有的。2.起伏度的確定對于山地、丘陵等紋理相似、相互界線不明顯的地貌類型解譯適用此方法。海岸帶地貌類型都處于“低海拔”,所以只計算起伏度(相對高度)即可。依據(jù)表1提出的分界點,對起伏度重分類,參照遙感影像即可確定該類地貌間的邊界。起伏度的計算方法如下:RFi=Hmax-Hmin式中,RFi為分析窗口內(nèi)的起伏度;Hmax為分析窗口內(nèi)最大高程值;Hmin為分析窗口內(nèi)最小高程值。經(jīng)過上述工作,各種地貌類型具有準(zhǔn)確空間信息,根據(jù)表1的海岸帶地貌分類體系,添加屬性信息,完成地貌類型信息提取。四、徑流和地貌類型實驗區(qū)位于黃茅海西側(cè),崖門水道下部(圖2),范圍:112.93604°～113.06385°,21.95416°～22.05358°。影響該區(qū)海岸帶地貌發(fā)育的主要因素是潮汐作用,南海潮波在高欄—荷包島傳入黃茅海,漲潮流具有不同性質(zhì)的旋轉(zhuǎn),深槽區(qū)為往復(fù)流,一日周期兩漲兩落,漲潮流速大于落潮流速。河流作用較弱,在實驗區(qū)的上部形成大面積的攔門淺灘區(qū)。同時,徑流對地貌的塑造作用顯著,海岸帶地貌類型典型,具有一定代表性。新建Polygon層作為人工地貌層,利用GIS的查詢功能,批量提取人工地貌類型,并對各數(shù)據(jù)層合并。對于紋理明顯的地貌類型,依據(jù)遙感影像直接邊界細(xì)化(圖3)。山地、丘陵等類型間的邊界不能直接反映,需借助DEM計算的起伏度細(xì)化。利用鄰域分析工具,以13×13大小的Rectangle為模板算子(搜索窗口的確定見文獻),計算RF值。依據(jù)分類體系的高度閾值,對RF值重分類,確定山地、丘陵間的界線(圖4)并添加屬性,最終獲得實驗區(qū)海岸帶地貌結(jié)果圖(圖5)。上述方法定性地利用了遙感影像的紋理信息,定量地借助了DEM分析結(jié)果,參考了歷史地貌圖內(nèi)容,準(zhǔn)確確定各類地貌類型的邊界和成因,省時省力,利于實際工作開展。五、應(yīng)用價值與展望地貌的分類體系有了新的發(fā)展,定量描述技術(shù)也有了新的突破。但是,很多方法往往缺乏移植性,費時費力,在“908專項”全國的海岸帶地貌衛(wèi)星遙感調(diào)查中表現(xiàn)尤為突出。本文提出的方法應(yīng)用于實際工作中,獲得了較精確的海岸帶地貌類型信息提取結(jié)果,節(jié)省了大量時