地质大学周斌

A. 遥感方法研究珠江口近二十多年来土地覆盖的变化

李学杰万荣胜

（广州海洋地质调查局 广州 510760）

第一作者简介：李学杰，男，1964年生，博士，教授级高工，主要从事海洋地质与第四纪地质研究工作，E-mail:[email protected]。

摘要 土地覆盖变化是全球变化研究的重点之一，尤其是河口地区，对环境变迁十分敏感。对珠江口东部地区1979年的LandsatmmS、1990年Landsat TM和2000年Landsat ETM影像的土地覆盖分类，并进行对比研究表明，此间，总体水域面积和绿地（包括森林和耕地）面积减少，建筑区和裸露地面积增加。但不同区域土地覆盖类型变化有明显的区别，西部主要是由于沉积作用和围海造地，造成水域面积减少，且20世纪90年代围海造地速率比80年代要大得多。东部海域沉积作用不是主要因素，局部海岸可能还存在侵蚀作用。交椅湾区水域面积变化不大，岸线位置也基本稳定，而且80年代的水域面积有所增多，是由于陆地人工水塘增多的结果。蛇口区主要是由于港口码头等建设，导致水域面积减少，码头向海域延伸的结果，90年代明显加大了码头建设的规模和速度。

关键词 土地覆盖 遥感 珠江口

1 概述

海岸带地处海陆交互地带，对环境变迁十分敏感，尤其是河口地区，其变迁速率更快。海陆相互作用是全球变化研究的重点（李秀彬，1996），土地利用/土地覆盖变化（LUCC）是全球变化研究的重点内容（费鲜芸，高祥伟，2002）。

遥感方法在土地利用/土地覆盖中得到广泛的应用（Sun et al.，1999；甘甫平等，1999；王素敏，翟辉琴，2004）。各种遥感影像的处理和研究方法也得到迅速的发展（韩涛，2004），包括GIS支持的决策系统在土地利用评估的引用（Tan et al.，2004）、多源多时相遥感数据的融合及土地覆盖信息的提取技术（周斌，2000；李爽等，2002；王萍等2003）、多步骤分类法提取土地覆盖信息（许榕峰，徐涵秋，2003）及高分辨率影像在海岸带中的应用（Chauvaud et al，1998）等。

我国利用遥感方法对土地覆盖类型进行了大量研究（Yong＆Wang，2001）。海岸带已进行了黄河三角洲（Ye et al.，2004）和珠江三角洲（Seto et al.，2002）的研究。

分类是认识事物的基础，遥感影像的分类的目的是将遥感影像中每个像素根据其在不同波段的光谱亮度、空间结构特征及其它信息，按照某种规则或算法分为不同的类别（赵英时等，2003），以便对事物更好的认识。遥感影像的分类方法有非监督分类、监督分类，以及模糊分类、人工智能神经网络分类、亚像素分类等（赵英时等，2003；党安荣等，2003）。

本文采用监督分类方法，在ERDAS中进行，并采用最大似然法进行计算。试图通过对不同时期土地覆盖类型变化的分析，研究珠江口东部地区的环境变迁（图1）。

图1 研究区位置图

Fig.1 The location of the research area

2 研究材料与方法

2.1 研究材料

本文以卫星影像为主，包括不同时期的Landsat MSS、Landsat TM、Landsat ETM影像、SPOT卫星影像及IKONOS影像，时间跨度为1979～2003年（表1）。其中SPOT只覆盖研究的绝大部分，IKONOS只覆盖蛇口半岛，它们分辨率较高（图2），其中IKONOS影像是目前最高的民用卫星影像中之一（图3）。因此分类研究以 Landsat 影像为主，SPOT和IKONOS作为分类检验的依据。此外有1：100，000的地形图和海图供参考。

2.2 研究方法

研究方法包括影像的几何校正、影像分类、精度评估及分类影像的后处理等。Landsat的卫星影像已经有坐标系统（UTM，WGS84），SPOT和IKONOS影像没有，因此参照Landsat ETM建立SPOT影像坐标系统。

表1 本文采用的卫星影像和地形图一览表Table1 The images and topographic maps used in the paper

图2 Landsat ETM与SPOT影像对比

A—Landsat ETM影像；B—SPOT影像

Fig 2 Comparison of Landsat ETM and SPOT Images

A—Landsat ETM；B—SPOT

2.2.1 监督分类

在ERDAS IMAGINE中对1979年的Landsat MSS、1990年的TM及2000年的ETM影像进行土地覆盖的监督分类。将Landsat ETM影像的土地覆盖分为水域、森林、耕地（包括草地）、建筑、裸露地等5 种土地覆盖类型。其中水域包括海域、河流、湖泊、水库等；森林主要于山地，也包括其它树木生长区；耕地主要分布于平原及山麓地带，包括各种种植地和草地；建筑区城镇、码头、高速路等区域；裸露地为无植被区，如：采石场、泥地及其它。

从分类结果来看，Landsat ETM的分类中，建筑区和裸露地分类的错漏较多，识别效果不是很好（表2），因此在进行Landsat TM和MSS影像分类时将这两类合并。

2.2.2 分类结果的误差估计

分类结果的误差估计是评价分类结果好坏的基础（Congalton，1991；Kerle et al.，2004），最好是结合野外进行实地检验，本次未进行野外考察，主要采用较高分辨率的影像，结合地形图进行检验。

图3 蛇口半岛西南的IKONOS影像（局部）

Fig.3 IKONOS image in the Shekou Peninsular

在ERDAS中对Landsat ETM分类随机取260 点，并将每一点的分类结果与原图像进行对比，并参考SPOT、IKONOS影像或地形图决定分类结果是否正确。误差估计结果如表2。水域的分类精度较高，其用户精度和制图精度分别为98.7%和87.4%。错分和漏分率较高的是森林和耕地之间以及建筑区与裸露地之间，表明它们之间较容易出现错漏，分类效果相对较差。但总体分类精度达78.5%，表明总体分类效果良好。

表2 Landsat ETM影像分类结果误差估计Table2 Classification result of the Landsat ETM and its error assessment

同样对Landsat TM影像和LandmmS影像的分类结果进行随机取样检验，各取260点，对分类结果的正确与否进行一一判定，结果见表3、表4。由于裸露地与建筑区合并，总体精度有明显提高，分别为90.8%和88.9%，表明分类效果很好，尤其是中水域的识别最佳，错漏现象极少；而耕地和森林的错分误差和漏分误差相对较大。

表3 Landsat TM 影像分类结果误差估计Table3 Classification result of the Landsat TM image and its error assessment

表4 LandsatmmS影像分类结果误差估计Table4 Classification result of the LandsatmmS image and its error assessment

2.2.3 分类影像的后处理

分类影像会存在一些小的斑点，可能是噪音或分类单元，使结果难以解释和应用。在ERDAS中可以进行影像的聚类统计（Clump）和去除分析（Eliminate）处理，可以将小图斑合并到相邻的最大分类中（党安荣等，2003），使分类图像简化，更合理，易于解释和应用（图4）。

3 珠江口土地覆盖的变化

对比1979年Landsat MSS影像、1990年Landsat TM 影像和2000年Landsat ETM影像监督分类结果，可以看出近二十多年本区土地覆盖类型的变化及其环境变迁。为了更好地反映近岸的土地覆盖类型变化特征，将其分为4区讨论（图5）。

图4 分类图像后处理前后的对比

A—处理前；B—处理后

Fig.4 Comparison of classified image between before and after image processing

A—before；B—after

图5 2000年珠江口土地覆盖类型分布（Landsat ETM）

Fig.5 Distribution of Land cover in the Pearl River Estuary（Landsat ETM）

3.1 南沙区

南沙区位于研究区的西北，汇集了珠江口的4大口门：虎门、蕉门、洪奇门和横门，也是广州开发发展的重点地区，并于1993年成为广州南沙经济技术开发区。本区最明显的变化是由于沉积作用和围海造地，陆地面积不断增大，水域面积逐年减少。1979年水域面积396km²，占全区面积的 36.8%；1990年下降到 358km²，占全区的 33.3%，1979～1990平均每年减少3.5km²。而到2000年只有304km²，1990～2000年平均每年减少5.4km²，显然水域较少的速率在增大（图6）。

图6 1979年以来南沙区土地覆盖类型变化柱状图

Fig.6 Land cover Change in Nansha region since 1979

1979～1990年，本区建筑区与裸露地只有少量增长，表明这期间该区的建筑增长不快。而绿地（包括森林和耕地）从513km²增加到543km²，净增30km²。但1990～2000年，建筑区明显增大，从174km²下降到353km²，面积成倍增长。此期间不仅水域面积减少，绿地面积也大幅减少。显然这与上世纪90年代的南沙开发，大量建设有关。

3.2 淇澳岛区

本区的土地覆盖类型变化与南沙区相似，总体是由于沉积作用和围海造地致使水域面积减少，陆地面积增加。水域面积，1979～1990年，减少5.4km²，年均较少0.49km²；1990～2000年，减少15.2km²，年均较少1.52km²，其下降速率在增大。

同样绿地面积也在逐年减少，而且下降速率也是90年代比80年代大。只有建筑区（包括裸露地）面积迅速增加，前11年增加7.4km²，后10年增加22.5km²。90年代建筑区增加的面积是80年代的3倍多（图7）。

3.3 交椅湾区

东部的土地覆盖类型的变化模式与西部明显不同，伶仃洋的东部河流来沙少（刘沛然等，2000；温令平，2001），沉积作用不强，一些地区可能还存在海岸侵蚀作用。1979～1990年，本区水域面积从231km²增加到258km²，净增加27km²。主要是由于交椅湾原来的许多低地，此间成为鱼塘等水域，主要是人工，也可能部分为侵蚀作用而成，致使水域面积明显增大。两个时相的潮位只相差17m，显然潮差不是影响海岸线分布的主要原因。本区的池塘主要是人工为主，但也可能部分由于海岸侵蚀作用，人工的堤坝建设，保障了岸线本身不致后退，却在岸线后形成水塘。1990～2000年，水域面积下降，但岸线位置变化也不大，主要是水塘被建筑区或其它类型所覆盖（图8）。

图7 1979年以来淇澳岛区土地覆盖类型变化柱状图

Fig.7 Land cover change in Qi’Ao region since 1979

图8 交椅湾三个时相影像分类结果的对比

Fig.8 Comparison of land cover distribution in 3 classified image

图9 1979年以来交椅湾区土地覆盖类型变化柱状图

Fig.9 Land cover change in Jiaoyi region since 1979

建筑区和裸露地的变化与其它区相似，也呈逐年增加的趋势。1979年，面积为48.9km²，到1990年，增加到100km²，净增51km²，此间年增长4.6km²；到2000年，其面积达165.5km²，再增65km²，此间年增长6.5km²，比80年代大。相反，绿地面积在不断下降，从1979年的151km²，1990年的72km²，减少近一半，到2000年38km²，再减少一半。因此本区总体水域变化不大，岸线也没有明显的变迁，主要变化是建筑区增加，结果陆地面积减少（图9）。

3.4 蛇口—深圳区

本区又是另一种类型的变化模式，水域面积的减少和陆地增大主要是由于在海域进行港口码头及其它建设的结果。

1979～1990年，水域面积从174.7km²到166.6km²，减少8km²，年均减少0.74km²；1990～2000，水域面积再减少22km²，年均减少2.2km²，是前一时期的3 倍，显然90年代的港口及其它围海减少规模比80年代要大得多（图10）。

图10 1979年以来蛇口—深圳区土地覆盖类型变化柱状图

Fig.10 Land cover change in Shekou-Shenzhen region since 1979

建筑区和裸露地从1979～1990迅速增加，而陆地迅速减少，可能由于本区1990年的影像部分被云层覆盖，影像分类结果，致使建筑区与裸露地增加。

4 结论

对珠江口1979年以来三个时相 LandsatmmS、Landsat TM和 Landsat ETM 影像在ERDAS进行土地覆盖分类，随机取样检验表明，其分类效果良好。其结果对比研究表明，伶仃洋海域1979～2000年，总体水域面积和绿地（包括森林和耕地）面积减少，建筑区和裸露地面积增加。

不同区的土地覆盖类型变化有明显的区别，西部主要是由于沉积作用和围海造地，造成水域面积减少，况且20世纪90年代的变化速率比80年代要大的多，同样90年代的建筑规模也比80年代大。东部海域沉积不是主要因素，局部海岸可能还存在侵蚀作用。交椅湾区水域面积变化不大，岸线位置也基本稳定，而且80年代的水域面积有所增多，是由于陆地人工水塘增多的结果。蛇口区主要是由于港口码头等建设，导致水域面积减少，码头向海域延伸的结果，90年代的发展速度也比80年代要大得多。

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The Research of Land Cover Change in Recent Decades in the Pearl River Estuary by Remote Sensing Methods

Li XuejieWan Rongsheng

（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）

Abstract：Land cover change is one of the key content for research of global changes，especially in the estuary which is very sensitive for environmental changes.Three images of LandsatmmS in 1979，Landsat TM in 1990 and Landsat ETM in 2000 in the Pearl River Estuary，southern China，were classified for land cover in ERDAS IMAGINE，and the result were checked by referenced to higher resolution images of SPOT and IKONOS and topographic maps.It is suggested that water area and green area were shrinking in 1980s and 1990s，but construction and bare land area were increasing in the same periods.The change rate was increasing from 1980 s to 1990 s.The main changes in the eastern region were the water area shrinking mainly e to the sedimentation and reclamation.But sedimentation was not the main reason for shoreline changes in the eastern region.The water area in Jiaoyi Bay region was increase from 1979 to 1990，mainly e to the increase of fish-pond in the land area or some erosion in coast.The main changes of shoreline in Shekou region were its extension by the construction of harbours and other infrastructure in the coast，and the changes rate was higher in 1990s than in 1980s.

Key Words：land cover remote sensing Pearl River Estuary