基于遥感影像的渭河流域采砂区影像时空变化

基于遥感影像的渭河流域采砂区影像时空变化

孔辉 1， 2， 3， 4 杨亮彦 1,2,3,4

1 陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司 陕西 西安 710021

2 陕西省土地工程建设集团有限责任公司 陕西 西安 710075
3 国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室 陕西 西安 710021

4 陕西省土地整治工程技术研究中心 陕西 西安 710021

摘 要：基于卫星遥感影像的渭河沿岸采沙状况的调查，是利用航片、卫片等数据，利用遥感的判读解译等新技术来了解渭河沿岸采沙场的分布情况，同时借助不同时期的影像数据从时间尺度和空间尺度来调查渭河沿岸采沙场的变化情况和发展趋势，构建数据库，为采沙场动态监测以及相关部门政府提供合理的治理依据。

关键词：采砂区；遥感；Google Earth；时空变化

中图分类号：TP399 文献标识码：A

0 引言

土地工程大数据平台构建及应用是智慧化时代下国土资源整治和管理的一个重要方向。土地工程行业发展是落实国家全域土地综合整治战略的举措，而现有技术手段无法满足土地工程行业发展的需求，将大数据关键技术引入到土地工程学科研究与行业应用中，发展潜力巨大。因此，本文针对土地工程中业务需求数据组织化管理薄弱、数据封装程度低等问题，通过集成Spring业务逻辑层与数据层松耦合技术、Tomcat轻量级Web应用技术和AJAX应用层与业务逻辑层交互中间件技术对平台层进行异构数据的封装、整合、交换和共享，创新了以服务组合的模式，提高了土地工程大数据应用的动态性和伸缩性，从而构建了快速搭建原型应用的土地工程大数据分布式数据库系统，实现了土地工程数据的资源化。

1 研究区概括

渭河干流在陕境内，流长502.4公里，流域面积67108平方公里，全河多年平均径流量103.7亿立方米，其中陕境产流62.66亿立方米;每年输入黄河泥沙达5.8亿多吨，约占黄河泥沙总量的1/3。研究区经纬度为具体坐标：34°29'50.38"北—109°15'55.40"东、34°29'27.12"北—109°15'56.94"东、34°29'52.10"北—109°16'32.73"东、34°29'31.24"北—109°16'55.58"东。面积532平方公里。根据实际材料和设备情况，可采用目视解译、人机交互结合解译和计算机自动提取。

2 实验数据及技术路线

该次调查研究采用的卫星遥感数据包括环境一号卫星、多光谱遥感系列卫星、ALOS、美国IKONOS, QuickBird高分辨率遥感影像，前时相采用Landsat，ALOS，QuickBird影像，时间为2010年(少数地区2007年)，空间分辨率为2.5，10，30m，后时相主要采用遥感系列卫星影像，时间为2011年10-11月，空间分辨率为2m。

图1

2.遥感解译

（1）数据预处理

对遥感数据进行预处理。前时相影像从己有数据库调出，己经过几何精纠正。因此，该文将前时相影像作为参考影像，对后时相影像进行几何配准。

结合现场调研GPS点位、影像特征等信息，选择道路交叉点、山体裸岩、大坝等不易变化的地理标志物作为控制点，数量充足且均匀分布;依据青海省的地形起伏较大，采用改进的多项式模型进行几何配准，利用最邻近法将最邻近的像元值赋予新像元。该次几何配准的精度不大于4m，满足采砂场人机交互解译的要求。最后，在对前时相和几何配准后的后时相影像进行直方图匹配的基础上，分别进行图像镶嵌。

（2）地物识别

采用人机交互解译的方法，借助ArcGIS , Erdas等地信遥感软件，结合现场调研信息、遥感影像的色调、大小、形状、纹理等要素及河流周围的自然地理特征，根据前后时相的对比分析，建立采砂场遥感解译标志，将采砂场分为2个一级类型(在用、停用),6个二级类型(临时采砂、长期采砂、其他采砂、无整改、己整改、整改中)。

（3）构建采沙场解译标志数据库

依据表1进行地物识别，提取不同类型采砂场的点状及面状分布特征。标注各个图斑变化前后的时相，采用不同的符号和颜色表示类型、规模、所属的县域等信息，实现不同信息的提取、分类编码与编图，并标明点位的经纬度坐标以确定位置或跟踪边界。在室内解译的基础上，开展实地核对，将修正后的地物判读信息建立基础信息数据库。

3 实验结果

根据渭河流域陕西段丰水期获取的Landsat影像中红外波段提取2003-2016年采砂区面积变化情况，根据建立的解译标志库，通过人机交互解译，对采砂场典型特征、类型、规模及其空间分布特征进行如下分析如图下图，研究区段河道面积减小，采砂区数量显著增加。

采砂区的时空分布特征，通过前后时相对比，从时间维度的变化来表达采沙场的变化情况和发展趋势。基于Google Earth影像的2003—2016年影像时空变化如下：

图2 采砂场面积时空分布变化

多源卫星遥感数据与单源遥感影像数据相比，具有更高的时空分辨率，可以更好的实现对口标区域的监察。从2003年7月30日一2016年7月29日1 a时间范围内，共获取了10景口标水库的遥感卫星数据，较好地满足了库区时空动态变化监察的要求。同时，水色遥感技术分析可以得到的水体表层的悬浮泥沙浓度分布。结合现场调研，发现在存在采砂行为的鹤地水库，其悬浮泥沙浓度的高值区即是采砂行为密集的区域。利用这个规律，可对渭河流域的采砂行为区的分布进行分析，辅助水库管理人员，有针对性的对采砂行为区进行重点巡逻和执法。

参考文献

[1] 江丰,齐述华,廖富强,等. 2001-2010年鄱阳湖采砂规模及其水文泥沙效应[J]. 地理学报, 2015, 70(5):837-845.

[2] 杨静学, 陈亮雄, 李伟添,等. 多源卫星遥感数据和水色遥感技术在鹤地水库采砂监察中的应用[J]. 广东水利水电, 2017, No.261(11):48-51+59.

[3]陈冬勤, 熊文成. 基于多时相卫星数据的采砂场遥感调查研究——以青海省湟水流域为例[J]. 中国环境监测, 2013, 29(006):206-211.

[4]邬国锋, 崔丽娟. 基于遥感技术的鄱阳湖采砂对水体透明度的影响[J]. 生态学报, 2008(12):6113-6120.

[5]李海军, 陈晓玲, 陆建忠,等. 考虑采砂影响的鄱阳湖丰水期悬浮泥沙浓度模拟[J]. 湖泊科学, 2016(2期):421-431.

[6]佚名. 鄱阳湖采砂南移扩大影响范围-多源遥感的证据[C]// 中国林业青年学术论坛. 2012.