一種利用高分遙感技術監測水域岸線變化的方法與流程

2023-04-25 21:22:07

本發明涉及水利工程技術領域，具體涉及一種利用高分遙感技術監測水域岸線變化的方法。

背景技術：

遙感技術是一種藉助於衛星、飛機、氣球等平臺的空間探測技術，具有探測範圍廣、快速、動態監測、經濟客觀等一系列優點，長久以來，我國水域管理主要以車船人工巡查為主。通過人工巡查，對水域管理(保護)範圍內違法佔用進行現場查處，為水域管理和保護做出了積極的貢獻。

但隨著經濟的快速發展，涉水開發佔用現象日益增多，上述方法存在的弊端日益明顯，突出表現在：對於水域範圍廣的區域監管工作量大，而相關水利管理單位人手有限，人工巡查手段監管不全面、不及時；並且對於一些水域港汊交錯、河湖縱橫，水情複雜及多是淺水的區域，車船很難深入其中，巡查難度較大，車船巡查手段存在很大局限性；三是人工巡查車船成本高、經濟負擔壓力大；四是受地方經濟利益的驅動，人工巡查存在很大的主觀性，出現一些違法佔用不能及時上報的情況。

針對以上車船人工巡查水域監管的不足，迫切需要運用高科技信息化的手段，尤其是利用具有大範圍動態區域監測優勢的遙感技術對其進行監測很有必要。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種高分遙感技術監測水域岸線變化的方法，用以解決當前水域人工巡查監管中存在的巡查不全面、不及時、成本高、不客觀等一系列的問題。

為實現上述目的，本發明方法通過引入高解析度遙感監測技術對水域岸線進行監測，具體地，該方法包括如下步驟：

(1)資料收集與處理

首先對水域相關資料進行收集，將收集到的水域遙感影像數據和矢量數據轉化為統一的地圖投影和坐標系統，對兩期遙感數據進行對比分析；

(2)變化信息提取

對上述數據經過對比分析，通過人工目視判讀，勾畫出變化區域，得到水域監管範圍內開發利用變化區域的矢量數據；具體地，利用arcgis軟體，將監管範圍線疊加到兩期0.3米空間解析度航片數據上，通過目視判讀、人工解譯查找水域監管範圍內兩期影像變化區域，結合水域開發利用資料和水位數據、dem進一步判讀，剔除兩期影像(不同時期的兩次影像)水位變化引起的洲灘淹露等變化，對變化區域範圍進行人工提取，得到水域監管範圍內開發利用變化區域矢量數據；利用arcgis軟體疊加變化區域和行政區劃數據，得到變化區域行政區劃信息；

(3)然後對提取出來的變化區域的地理坐標進行計算、對每一處變化製作兩期影像對比圖；

(4)外業調查核實

將提取到的變化區域地理坐標、面積和兩期影像變化對比圖進行現場調查核實；所述現場調查的內容主要包括：項目名稱、主要內容、責任主體、相關審批情況、變化是否屬實。

(5)依據現場調查核實的資料，對監測到的變化區域進行整理，剔除沒有變化的區域，將剩餘的變化區域按照有無審批分為合法和違法，從而確定變化區域是否涉水違法佔用。

具體地，上述高分遙感技術監測水域岸線變化的方法中，所述的水域資料包括水域監管範圍、水域開發利用資料、高解析度遙感影像、行政區劃數據、水位數據和研究區的1:1萬dem。

上述高分遙感技術監測水域岸線變化的方法中，所述高解析度遙感影像資料採用0.3米空間解析度航片影像；所述水位數據對應於航片成像時的水域水位數據；所述地圖投影選擇高斯克呂格投影，所述坐標系統為cgcs2000，所述水位數據和dem統一為85國家高程基準。

其中，dem為數字高程模型，是通過有限的地形高程數據實現對地面地形的數位化模擬(即地形表面形態的數位化表達)，它是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型。

本發明方法具有如下優點：

本發明將高解析度遙感監測技術引入河湖管理中，解決了傳統的河湖巡查範圍小、不全面、成本高、成果存在一定的主觀性等局限，實現了水域的全面、快速、經濟、動態監測，監測成果真實、客觀，是河湖管理一項有效的技術方法。

本發明將遙感技術與湖泊巡查、湖泊執法結合起來，建立了湖泊遙感監測、巡查核實、湖泊執法的湖泊管理模式，克服了常規湖泊車船巡查受範圍、環境、經費、人員等限制，以及巡查的盲目性等不足，將遙感技術與湖泊巡查相結合，融合了遙感監測的全面、快速、客觀、經濟、針對性強的特點，以及現場核實的準確性，為湖泊執法建立了較好的技術支撐，提升了河湖管理的信息化與現代化管理水平，促進了湖泊的保護與合理開發。

附圖說明

圖1是本發明高分遙感技術監測水域岸線變化方法的流程圖；

圖2是2012和2014年高郵湖保護範圍線內遙感監測變化分布圖；

圖3是2012和2014年高郵湖保護範圍線內4號變化點對比圖；

圖4是4號變化點——運河西堤下蘆葦場內界首鎮政府新建的界首蘆葦蕩碼頭現場圖；

圖5是2012和2014年高郵湖保護範圍線內5號變化點對比圖；

圖6是5號變化點——界首蘆葦場內候鳥觀察站望臺現場圖；

圖7是2012和2014年高郵湖保護範圍線內7號變化點對比圖；

圖8是7號變化點——界首蘆葦場內候鳥觀察站小艇碼頭現場圖；

圖9是2012和2014年高郵湖保護範圍線內9號變化點對比圖；

圖10是9號變化點——湖西大圩加固工程工人臨時住房現場圖；

圖11是2012和2014年金湖縣高郵湖保護範圍線內水域26號變化點對比圖；

圖12是26號變化點——位於閔橋鎮施尖灘現場圖；

圖13是金湖縣高郵湖保護範圍線內水域及灘地39號變化點對比圖；

圖14是39號變化點——位於閔橋鎮橫橋聯圩內蟹塘現場圖；

圖15是2012和2014年高郵湖保護範圍線內65號變化點對比圖；

圖16是65號變化點——位於高郵湖大堤堤腳外迎水面灘地上養禽灘和棚舍現場圖。

具體實施方式

下面將通過具體實施例對本發明進行詳細的描述。提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本發明，並且能夠將本發明的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。

如在通篇說明書及權利要求當中所提及的「包含」或「包括」為一開放式用語，故應解釋成「包含但不限定於」。說明書後續描述為實施本發明的較佳實施方式，然所述描述乃以說明書的一般原則為目的，並非用以限定本發明的範圍。本發明的保護範圍當視所附權利要求所界定者為準。

實施例1江蘇省高郵湖保護範圍內水域和灘地佔用情況變化遙感監測(2012-2014年)

高郵湖位於江蘇省中部，京杭大運河以西，湖泊面積達884.42km2，是江蘇省第三大淡水湖。高郵湖是區域農業、城市用水主要供水水源地，是重要的漁業養殖基地，具有防洪、供水、通航、養殖、生態保護等綜合功能。

近幾年來，隨著當地經濟的持續快速發展，沿湖人們對湖泊的開發力度進一步加大，圈圩養殖、項目建設等，侵佔了大量湖泊水域。由於高郵湖是「懸湖」，湖水水面及部分湖底比東部裡下河地區的地面還高，且高郵湖為淮河入江水道，湖泊水面的大面積侵佔，不僅直接影響到本地區的防洪安全，對裡下河地區甚至淮河流域的防洪安全構成威脅。另一方面，湖泊周邊大規模的漁業養殖、開發建設等會引起湖區水質下降，直接影響到當地人民的生產生活。不僅如此，高郵湖東部緊鄰南水北調東線調水河道裏運河，湖泊水質的下降會影響到周邊河道的水質，將對南水北調東線的水質安全構成一定的威脅，進一步影響到國家戰略。

由此可見，作為淮河行洪入江水道和南水北調規劃供水通道，維持高郵湖水域面積、保障高郵湖行洪通道暢通、合理有序開發水域岸線，對於保障區域防洪安全和用水安全意義十分重要。

鑑於此，發明人利用0.3米空間解析度高分遙感數據對2012-2014年高郵湖保護範圍內開發利用變化進行監測，對遙感發現的變化經核實後確認為違法行為的，進行及時查處。具體操作如下(流程圖見圖1)：

1、資料收集與處理

收集的遙感影像資料包括2012年和2014年兩期高郵湖0.3米空間解析度航片。影像收集後，經圖像融合、幾何校正、圖像拼接、圖像裁剪、圖像增強等處理，得到研究區高郵湖高解析度彩色融合遙感影像。

其他需要收集的資料包括高郵湖保護範圍線、湖泊保護界樁數據、水位數據、湖泊開發利用圖和縣級行政邊界等。

2、湖泊年度對比及變化區域提取

在arcgis軟體支持下，疊加2012年和2014年高郵湖高解析度遙感影像、保護範圍線等數據，以高解析度遙感影像目視判讀為基礎，通過對比分析兩期遙感影像，提取高郵湖保護範圍內變化的區域。結合湖泊開發利用圖、湖泊水位數據等資料，採用綜合遙感分析方法，剔除水位變化、船隻臨時停靠等變化區域，保留可能為開發利用變化的區域，並記錄該變化區域中心地理坐標、面積、所屬行政區劃、臨近湖泊保護界樁等，製作湖泊年度變化分布圖和變化區域遙感對比圖片。

在此基礎上，對高郵湖保護範圍線內變化區域進行整理，形成高郵湖保護範圍內開發利用年度變化遙感監測分析報告初稿。

3、現場核實

為了核實遙感監測到的變化的詳細情況，發明人將湖泊監測報告分發到湖泊變化區域所屬市縣區水利(務)局湖泊管理部門，各部門結合變化區域的地理坐標和鄰近界樁號，通過湖泊巡查對變化區域進行現場核實。核實內容包括：所在湖泊、所在縣(市/區)、變化是否屬實、建設項目名稱、主要建設內容、建設單位、項目審批情況(批准單位、批准文號)、是否違規，並拍攝相關照片。

江蘇省江都水利工程管理處將根據現場核實情況，對遙感監測變化進一步整理，將每一處遙感監測到的變化附加現場核實情況和照片，形成2012-2014年度高郵湖保護範圍內開發利用變化遙感監測報告。

4、監測結果

2012-2014年高郵湖保護範圍線內共發現80處變化點，見圖2，涉及湖區保護範圍面積約為4.30平方千米(約6451.4畝)。並且具體統計見表1。

表12012-2014年度高郵湖保護範圍內變化統計表

限於篇幅，在這80處變化中，選擇幾處變化對比如下：

(1)變化4位於高郵市高郵湖保護範圍線內灘地，面積為1046.55m2(1.6畝)，見圖3。

查勘結果：4號變化點——運河西堤下蘆葦場內界首鎮政府新建的界首蘆葦蕩碼頭，見圖4，坐標：119.406227，33.007022。

(2)變化5位於高郵市高郵湖保護範圍線內灘地，面積為119.22m2(0.2畝)，見圖5；

查勘結果：5號變化點——界首蘆葦場內候鳥觀察站望臺，見圖6，坐標：119.381486；33.010737。

(3)變化7位於高郵市高郵湖保護範圍線內灘地，面積為186.69m2(0.3畝)，見圖7；

查勘結果：7號變化點——界首蘆葦場內候鳥觀察站小艇碼頭，見圖8，坐標：119.418903；32.788706；

(4)變化9位於高郵市高郵湖保護範圍線內灘地，面積為369.32m2(0.6畝)，見圖9；

查勘結果：9號變化點——湖西大圩加固工程工人臨時住房，見圖10，坐標：119.363380，32.707147。

(5)變化26位於金湖縣高郵湖保護範圍線內水域，面積為6010.18m2(9.0畝)，見圖11；

查勘結果：26號變化點——位於閔橋鎮施尖灘，此變化點為治淮工程切灘堆土區，見圖12，地理位置：經度119.148344緯度32.867437。

(6)變化39位於金湖縣高郵湖保護範圍線內水域及灘地，面積為10241.93m2(15.4畝)，見圖13；

查勘結果：39號變化點——位於閔橋鎮橫橋聯圩內，此變化點為聯圩內當地居民對原農田改造成蟹塘，見圖14。(地理位置：經度119.246050緯度32.846320)。

(7)變化65位於金湖縣高郵湖保護範圍線內水域，面積為9674.27m2(14.5畝)，見圖15；

查勘結果：65號變化點——位於高郵湖大堤堤腳外迎水面灘地上，此變化點為整治後的養禽灘和棚舍(此養禽戶原在金寶航道內養禽，由縣政府協調後安置在此地)，見圖16。(地理位置：經度119.230933緯度32.981387)。

本發明將高解析度遙感監測技術引入水域開發利用變化監測中，與傳統的車船巡查相比，大大提高了監測的效率，目前已經實現了江蘇省管13個湖泊、18條流域性河流和49座大中型水庫的年度遙感監測，以上水域監測範圍全覆蓋、無死角；另外，監測速度大大提高，通常情況下，10個人的遙感監測團隊在2個月內完成以上水域的監測，不僅速度大大提高，經濟成本也大大減少。由於遙感監測提供的是真實的影像圖片，監測成果較人工巡查更加真實、客觀。

雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施例對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬於本發明要求保護的範圍。