辐射沙脊群分布于江苏苏北海岸外黄海南陆架海域, 自射阳河口向南至长江口北部的嵩枝港^[2]。沙脊群区南北长约200 km, 东西宽约90 km。海区水深0~25 m(理论深度基准面)^[3]。东海前进波与南黄海旋转波在此相汇^[4], 沙脊群以弶港为顶点呈褶扇状向海辐射, 主体由辐射状的沙脊以及深大潮流通道组成(图1)。辐射沙脊群土地资源潜力大, 复杂的动力条件及特殊的泥沙补给来源使辐射沙脊群出露沙脊冲淤极其多变, 成为世界上罕见的地貌体。

图1

Fig.1

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	图1 研究区示意图Fig.1 Sketch map of study area

采用多光谱遥感图像, 进行光学图像增强处理与地貌遥感解译。选取的图像幅面要能够覆盖整个辐射沙脊群海域, 且图像清晰, 层次丰富, 反差适中, 云量少, 一般不超过5%, 图像色调协调一致。优选低潮时、清晰且能够全面覆盖整个辐射沙脊群海域的遥感图像。

基于上述标准, 选定了我国环境与灾害监测预报小卫星(HJ-1A)数据为主要数据源, 图像获取时间为2012年4月26日, 此时辐射沙脊群低潮出露。另外, 广泛搜集了辐射沙脊群海域的实测地形资料、历史海图、历史地貌图、沉积图以及领海基点等数据, 作为地貌制图的辅助数据。

遥感数据预处理主要包括波段选择、几何纠正、图像增强等前期的图像处理工作^[5]。不同于陆地, 海上遥感图像的空间配准是长期困扰海洋遥感的难题^[6]。辐射沙脊群海面广阔, 缺少系列稳定且可视化的地面参照物。本文在沿岸陆地采集标志性控制点进行配准, 以保证不会出现系统性的偏差, 同时参考实测地形数据, 配准精度达到地貌制图的要求。

本文主要采用辐射增强处理中的交互式直方图拉伸法对辐射沙脊群遥感图像进行增强处理^[7]。其主要目的是增强辐射沙脊群区水下部分信息, 尤其要突出体现沙脊和水道的平面形态, 包括走向、边界、不同水深的遥感反映, 以便目视解译。

DEM数据是研究地貌很重要的参考, 而辐射沙脊群这一大片海域想要获得其完整的DEM数据是不现实的。辐射等值线可以在一定程度上发挥DEM数据的作用, 成为地貌界线确定的参考依据。不同遥感数据的不同波段及波段组合反映的水下地貌信息是不一样的, 因此要选取出合适的波段进行等值线的提取。通过对HJ-1A图像各个波段与实测地形数据的相关性分析得知, CCD4波段(近红外波段)与此海域地形信息的相关性最高, 因此对该波段进行断点拉伸, 增大水深不同引起的辐射值变化的差异; 然后, 对图像进行卷积运算, 消除噪声影响, 改善水体的等值辐射分布, 使遥感图像直观上具有等深线分布的效果。卷积运算模板大小的选择取决于水体辐射表现的精细程度。模板小, 水体辐射的细节表现得较丰富, 但等值分布不够平滑; 模板大, 会掩盖水体辐射的部分细节特征, 但能使图像更具有等深分布的效果。最后对遥感图像进行栅格/矢量转换, 生成辐射等值线图(图3)。辐射等值线可显现出水下沙洲、沙脊、深槽的平面形态和相对水深差异, 在此基础上, 可参照地形等高线确定脊线槽线的方法来确定水下沙脊线和深槽。

图3

Fig.3

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	图3 辐射等值线Fig.3 Radiation contour line

地貌的遥感分类主要是通过图像纹理、色调的差异性分析等来完成^[8]。按照地形特征, 辐射沙脊群地貌体系主要分为: 以潮汐水道为标志的负地形纳潮盆地地貌体系、以潮流沙脊为标志的正地形沙脊地貌体系和以潮汐汊道为标志的相邻纳潮盆地之间的横向地貌体系。 主要地貌类型有: 正地形的沙洲、沙脊、水下沙脊及近岸边滩; 负地形的潮汐水道主要类型可分为洋、槽、港、沟等4类。其中潮汐水道是辐射沙脊群主动型地貌类型, 潮流沙脊属被动型地貌单元。辐射沙脊群的地貌特征线主要包括潮汐水道深槽线、沙脊二分水线、纳潮盆地边界线、低潮水边线等, 地貌特征线与其对应的地貌单元之间一一对应。

作为地理空间实体, 各地貌类型间具有较明显的边界界线, 其中有些界线是精确的, 有些则是过渡和模糊的。本文采用信息复合法来综合确定地貌类型的界线, 信息复合指的是同一区域内遥感信息之间或遥感信息与非遥感信息之间的匹配复合^[9]。多源信息的复合要求所有的信息都在同一投影和坐标系下, 只有这样才能充分发挥辅助信息的作用, 并且保证遥感解译的精度。本文地貌类型界线的确定复合的主要信息有: HJ-1A图像数据、辐射等值线、历史海图、地貌图及实测地形数据。

首先, 以1幅图像为主, 参照多幅图像, 将多幅图像进行对比分析以及相互参考, 勾画地貌界线; 其次, 从遥感图像中提取出辐射等值线, 辐射沙脊群正地形与负地形之间存在陡坡, 通过陡坡可以明显看到地貌特征的转变, 根据等值线的疏密程度来判断正、负地形的相对位置, 通过选取合适的等值线来确定地貌的界线; 最后, 在遥感图像上叠加实测地形数据、历史海图和地貌图, 对已经划分好的地貌界线进行细节修正。

3.5.1 正地形地貌遥感提取

辐射沙脊群正地形的类型可分为露滩沙洲、浅水沙洲、中水沙洲和深水沙洲。综合遥感图像的几何信息、结构信息以及光谱信息, 采用面向对象特征提取的ENVI FX功能, 直接提取露滩沙洲。根据图像的颜色色调, 可以直接看出浅水沙洲的边界, 并直接确定浅水沙洲的分布范围。中水沙洲和深水沙洲则是结合实测地形数据以及从影像中提取出的辐射等值线。综合历史海图与历史地貌图, 中水沙洲一般是10 m水深范围内, 深水沙洲则是在10 m以下范围, 从岸边有实测数据地方挑选出最合适的辐射等值线来勾画中水沙洲以及深水沙洲的地貌界线。

3.5.2 地貌特征线遥感提取

地貌特征线是地貌单元的骨架线, 它反映基本地貌单元结构及组合的规律, 如形状、大小、范围、走势、组成单元等, 在研究地貌单元结构及动态变化时能代替地貌单元全貌进行分析。辐射沙脊群的地貌特征线有很多类型, 本文主要研究辐射沙脊群的沙脊二分水线以及潮汐水道深槽线。沙脊二分水线是认识辐射沙脊群沙脊的位置、走向及动态变化的核心特征线, 它是沙脊两侧的潮汐水道在沙脊上相汇处的连线; 潮汐水道深槽线是辐射沙脊群区深槽内相对较深或最深点的连线。在参考辐射沙脊群的历史海图以及实测地形数据的基础上, 对遥感图像进行最佳波段组合及增强处理, 使得图像中沙脊和深槽有明显的特征标志, 在遵循地理规律的基础上, 解译出沙脊二分水线以及潮汐水道深槽线(图4)。

图4

Fig.4

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	图4 沙脊二分水线(左)及潮汐水道深槽线(右)Fig.4 Erfenshui of sand ridge(left) and deep slot line of tidal channel(right)