【中科院之聲】基于全自動(dòng)方法的10米分辨率中國(guó)濱海灘涂分布圖繪制成功
濱海灘涂是海陸交界的生態(tài)過(guò)渡帶，包括潮間帶泥灘、沙灘和海岸等無(wú)植被區(qū)域。濱海灘涂在調(diào)節(jié)區(qū)域生態(tài)平衡、改善環(huán)境質(zhì)量及維持濱海地區(qū)生態(tài)安全等方面發(fā)揮重要作用。濱海灘涂受到陸地和海洋環(huán)境的雙重影響和制約，是最為脆弱的濕地生態(tài)系統(tǒng)類型之一。由于沿海經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)濱海灘涂被大面積開(kāi)墾利用，灘涂資源亟待科學(xué)的管理和保護(hù)。高精度的中國(guó)濱海灘涂地圖是制定及實(shí)施海岸保護(hù)策略的重要依據(jù)，可以服務(wù)于聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的評(píng)估。
灘涂上趕海（攝影：馮爾輝）
灘涂魚(yú)（攝影：馮爾輝）
近期，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所王宗明團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種快速、高精度、穩(wěn)健、全自動(dòng)的濱海灘涂提取方法（MSIC-OA），并基于這種方法從密集時(shí)間序列哨兵2號(hào)衛(wèi)星影像中提取濱海灘涂，繪制了10米分辨率中國(guó)濱海灘涂專題地圖。
濱海灘涂受到潮汐的周期性淹沒(méi)，只在最低潮時(shí)期短暫全部裸露。利用衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)行灘涂制圖的最大困難來(lái)自于衛(wèi)星過(guò)境時(shí)期的潮位不確定性。特別是大尺度遙感制圖研究中，應(yīng)用傳統(tǒng)的潮汐表查詢方法，非常耗費(fèi)時(shí)間和人力。同時(shí)，濱海地區(qū)云雨天氣較多，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源，如Landsat衛(wèi)星，重訪周期8～16天，很難保證一年內(nèi)獲取到最低潮的影像。
影像最大值合成法可以獲取到所有影像像素中的最高潮和最低潮信息，并合成最高潮和最低潮影像；OTSU圖像自適應(yīng)閾值分割法可以自動(dòng)地對(duì)水和非水、植被和非植被進(jìn)行分類。哨兵2號(hào)衛(wèi)星雙星系統(tǒng)重訪周期2-5天，搭載的多光譜傳感器可覆蓋13個(gè)波段，最高分辨率10米。GEE提供包含哨兵2號(hào)數(shù)據(jù)集在內(nèi)的海量遙感大數(shù)據(jù)的云計(jì)算服務(wù)。因此，集成上述算法、數(shù)據(jù)和平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)的制圖方法具有快速、穩(wěn)健、精確和全自動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。
研究人員以2019年1月1日到2020年6月30日的28367景哨兵2號(hào)密集時(shí)序影像為數(shù)據(jù)源，應(yīng)用研發(fā)的自動(dòng)分類方法，繪制截止目前為止最新、空間分辨率（10m）最高的中國(guó)濱海灘涂專題圖，命名為China_Tidal Flats（CTF）。應(yīng)用實(shí)地調(diào)查樣點(diǎn)和亞米級(jí)高分遙感數(shù)據(jù)，對(duì)CTF進(jìn)行精度驗(yàn)證，總體分類精度可達(dá)95%；繪制的灘涂斑塊與低潮亞米級(jí)高分遙感數(shù)據(jù)的一致性極高。結(jié)果顯示，2020年中國(guó)濱海灘涂總面積為 858,784 公頃，其中江蘇省濱海灘涂資源最為豐富。
該研究的方法和理論不僅適用于灘涂的自動(dòng)、精準(zhǔn)遙感研究，對(duì)于其它涉水生態(tài)系統(tǒng)也有重要的借鑒價(jià)值。該研究得到中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）（XDA19040500）、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)人才項(xiàng)目等共同資助，研究成果以Rapid, robust, and automated mapping of tidal flats in China using time series Sentinel-2 images and Google Earth Engine為題，發(fā)表在期刊 Remote Sensing of Environment上。
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