海岛遥感信息的提取
图4.15影像特征及判读标志示意图
(1)岛:平均高潮位以上500m2以上，被海水包围的一小块陆地；在ETM+743影像上，该岛是一小片被蓝-深蓝色海水包围的浅黄色、浅绿色和粉红色调的陆地，地形起伏，高差10 ~ 400 m
(2)河口岛:指河口线以内水域的一小块陆地，具有与岛(岛)相同的形象特征。
(3)内陆岛:历史上曾经是岛屿。由于人工造桥、填海、筑坝等原因，以前的岛屿变成了海岸线内部的陆地或半岛，具有与岛(岛)相同的形象特征。
(4)岛内岛屿:由于人工修桥、填海、筑坝等原因，将几个早期的岛屿连接起来成为一个新的岛屿，形象特征与岛(岛)相同。
(5)干礁:低于平均高潮位，高于低潮位的礁；在ETM+743图像上，蓝-深蓝色海水包围着浅蓝色和蓝-白色色块。
(6)礁:低潮面以上的礁；在ETM+743图像上，由于潮汐的运动，显示了被浅蓝色和蓝白色水晕包围的蓝深蓝色海水。
(7)岛的黑色“怪圈”:岛内陆地与海水交汇的部分有一个小小的黑色标志圈。推测可能是岛崖多年的潮汐作用和氧化作用造成的(范斌等，1999)，在ETM+743影像上呈现为一个浅黑色的小圆圈。
(8)冲积滩:一般分布在河口地区及其海岸，主要由河流搬运泥沙形成。在ETM+743影像上，冲积岛呈现为一小片浅黄色、深褐色、浅黄色、浅绿色或白色的陆地，被蓝色调海水所包围，地势较低，地势相对平坦，一般高于平均高潮位1 ~ 5m。
(9)泥滩:一般分布在岛屿或海岸线的外侧，由海水中的沉积物堆积而成。在ETM+743图像上，它呈深蓝色和深棕色斑块分布，外侧是浅蓝色或蓝-深蓝色海水。
(10)网箱养殖:在岛屿附近呈条状或片状分布的人工漂浮物，大小均匀，ETM+743图像颜色类似于冲积海滩。
(11)滩涂养殖:以围垦、筑堤(坝)等形式围起来的池塘。靠近一个岛屿的海岸；在ETM+743影像上，被网格状堤岸包围的蓝色块呈片状或单个分布。
(12)盐田:以围垦、筑坝等形式围起来的池塘。靠近岛屿的海岸或海岸；在ETM+743影像中，被网格状堤岸包围的青色块呈片状或单个分布，尺度一般较小。
(13)港口:港口近海一侧，码头分布广泛。
(14)船:静止的船一般在n港附近，在ETM+743图像上，它是一个细长的长方形，浅黄色和洋红色，周围是蓝-深蓝色的海水。移动的船在ETM+743图像上有一条长长的淡白色尾线，与潮汐的流向相交甚至垂直。
4.4.2.2岛边界
岛屿边界是指平均高潮位以上陆地与海水的分界线。由于在平均高潮位很难获得ETM ++影像，因此需要确定岛屿边界的解译标志。根据范斌等人(1999)的研究，在TM影像上陆地和海水的交界处有一个微小的黑色痕迹圈(俗称“怪圈”)，一般认为是多年来的潮汐作用和岛崖氧化作用造成的。因此，岛屿的海岸线可以通过环绕岛屿的黑色痕迹圈的上边界来确定。
但是，卫星图片上的黑色“怪圈”并不是到处都存在的，对于较小的岛屿基本不存在。因此，我们不可能用黑色的“怪圈”来确定所有岛屿的边界，尤其是对于成千上万的岛屿来说，找到黑色的“怪圈”作为边界是不现实的，也是不可能的。
为了自动确定岛屿边界的准确位置，我们系统地分析了ETM+1、2、3、4、5和7波段的光谱特征和光谱特性。发现海水和陆地的光谱特征差异较大，在各个波段有不同的表现。相同或相似的地物光谱值相近，差异较大的地物光谱值也相差较大。因此，可以用图像处理的方法进行分析。从遥感影像中提取岛屿边界的计算机处理流程如图4.16所示。
图4.16岛屿边界处理流程
岛屿边界自动跟踪的过程实际上是一个将点阵图形转化为矢量数据的过程。由于遥感图像中的每个像素代表一定的面积，而普通点阵图形中的点没有面积的意义，所以无法用常规算法处理岛屿边界的矢量。为此，我们提出了一种从遥感图像中自动提取岛屿边界的算法(见图4.17)，并开发了相应的软件系统。该算法描述如下:
假设遥感图像水平方向的像素数为n，垂直方向的像素数为m，像素分辨率为r0，自动提取岛屿边界的算法如下:
(1)垂直计数器jj从1循环到m，进入(2)；当jj大于m时，退出此循环，进入(5)；
(2)水平计数器ii从1循环到n，进入(3)；当ii大于n时，退出此循环，继续此过程(1)；
(3)检查遥感图像中的当前点(ii，jj)是否为岛点，如果是，进入(4)；如果不是，继续过程(2)；
(4)以当前点(ii，jj)为起点1，求下一个岛边界位置2，3，...，逆时针旋转(见图4.17)，检查新发现的点是否与起点位置重合；如果是，退出本流程，继续流程(2)；否则，重复过程(4)；
像素位置(ii，jj)和矢量数据(xi，yi)之间的关系如下:
①矢量点在像素点的左上角②矢量点在像素点的左下角。
Xi = ii * r0-r0；Xi = ii * r0-r0；
yi =(m-jj+1)* r0；yi =(m-jj+1)* r0-r0；
③向量点在像素点的右下角④向量点在像素点的右上角。
Xi = ii * r0；Xi = ii * r0；
yi =(m-jj+1)* r0-r0；yi =(m-jj+1)* r0；
(5)输出岛屿边界的矢量坐标，结束。
根据1 ∶ 10，000 ~ 1 ∶ 250，000海图上标注的岛屿名称，对上述方法从遥感信息中探测到的岛屿进行逐一核对，并对偏离的岛屿进行地理坐标校正。如果探测到的目标没有岛屿名称，则意味着目标可能是新发现的岛屿、更大的船只，或者是退潮时露出海面的礁石。在这种情况下，通过多次识别不同相位的卫星遥感影像，可以做出准确的判断。
4.4.2.3岛数、面积和海岸线长度信息提取原则。
在海岛资源遥感调查中，正确处理关键岛、岛内岛、大陆岛、岛礁、高潮位共存等技术问题至关重要。如果处理不好，会影响海岛调查的质量和成果，因此必须制定统一的规范。
4.4.2.4关键岛屿的识别
危岛是指高潮位以上面积为500 ~ 900 m2的小岛。由于临界岛面积在ETM+影像的多光谱波段小于900m2一个像素，计算机无法用ETM+多光谱数据直接自动识别。但如果融合ETM+8波段和ETM+7、4、3波段，合成图像中一个像素的面积为225m2，那么临界岛就表现为两个以上的像素。如果SPOT-4与ETM+7、4、3波段融合，一个像元的面积为100m2，临界岛由5个以上的像元表示。另外，ETM+(或TM)影像的1 ~ 3波段对海水有透视效果，不仅反映了海水上的信息，还反映了水下10 ~ 20m2的信息。因此，ETM+321影像中的临界岛面积远大于500~900m2。综上所述，在自动解译的基础上，利用不同特征的ETM ++多波段数据和不同精度的多源数据的特点，可以对临界岛进行准确的解译。对于一些难以区分的关键岛屿，也可以参考航片判读或大比例尺地形图、海图等资料进行综合判读。
图4.17遥感影像岛屿边界自动提取方法示意图。
4.4.2.5运动目标的识别
移动目标(船只、云)的图像有时很难与岛屿区分开来，但一般它们不可能在不同时间存在于同一个地方。根据这一特点，利用多时相遥感数据可以区分移动目标和岛屿；也可以直接排除海水较深区域的移动目标。船只等移动目标也可以通过地理位置来识别。静止的船只通常靠近港口，在ETM+743图像上，它们是被蓝-深蓝色海水包围的细长矩形。移动的船在ETM+743图像上有一条长长的淡白色尾线，与潮汐的流向相交甚至垂直。
4.4.2.6网箱养殖的鉴定
网箱养殖一般在海边或岛屿附近，是一种在形象上大小、颜色相似，与冲积海滩相似的人工漂浮物。可以通过对比不同时期的ETM ++和TM影像来识别。
4.4.2.7岛的识别
由于遥感影像的识别精度，一些间隔小于30m的岛屿往往连成一个岛。这时候可以利用影像的色差或者参考航片判读或者大比例尺地形图、图表等资料进行综合识别。
4.4.2.8岛礁的区别与解读
TM或ETM ++数据1 ~ 3波段影像既包含了岛礁的水上信息，也包含了水下透视信息，而5和7波段影像只显示了岛礁水面以上的部分信息，二者存在明显的差异。仔细对比这两幅图像，可以初步揭示岛礁的属性。如果3波段图像上有图像显示，5波段图像上没有图像显示，则图像多半属于礁石；在TM或ETM+3和5波段图像上，如果有图像同时显示，可能是岛礁共存。具体鉴定还应参考航空照片、地形图、海图等资料进行综合判读。
4.4.2.9高潮线调查
因为遥感数据是卫星经过这个点的图像，所以受到卫星轨道和经过时间的限制，遥感数据的质量也受天气条件的影响。因此，TM和ETM ++数据不可能都是高潮位的数据，需要进行修正，以满足海岛综合调查的要求。我们使用修改的距离矩阵的阈值来进行适当的调整并进行现场校正。
4.4.2.10岛屿数量统计规则
这里所指的岛屿数量，理论上应该是平均高潮位以上，面积在500m2以上，被海水包围的小块陆地的数量。河口岛屿和内陆岛屿(或半岛)不应属于岛屿的范畴。当以前的几个岛屿由于人工修桥、填海、筑坝等原因连成一个新的岛屿时，应算作一个岛屿。但在实际考察中，也要兼顾习惯性和可操作性。比如玉环岛与大陆相连，是一个半岛，但一般被当作岛屿对待。瓯海口的昆凌岛是一个河口岛，但习惯上被当作岛来对待。还有洞头岛的五岛大桥连接工程。根据2006年3月13日ETM ++卫星数据，洞头岛仅与大三盘岛相连。2002年，洞头岛、大三盘岛、华钢岛、中屿岛、状元的鳌屿岛、泥屿岛都已连成一个岛，但习惯上是分开的。
因此，本次调查中岛屿数量的统计标准是以目前的岛屿状况为基准，并兼顾历史上已经形成的习惯名称。根据情况，岛内的岛屿有时会被视为多个岛屿。河口岛仅保留瓯海入海口的昆凌岛，内陆岛(或半岛)保留历史上有岛名的大岛或仅通过桥梁与大陆相连或填海不完全封闭的内陆岛。
4.4.2.11岛面积计算原则
从理论上讲，岛屿面积应该是无数个小投影点的正投影面积的积分，而不是在各种地形图、海图上直接测得的面积。但在实际应用中，面积一般是在地形图或海图上测量的。考虑到岛屿的特点，我们计算岛屿面积的原则是:利用计算机系统自动形成的岛屿边界的经纬度坐标，投影到标准纬度为29° 02 '的墨卡托投影图上，计算其面积。
4.4.2.12岛屿海岸线长度计算原则
根据分形理论(Mandelbrot，1983)，海岸线长度根据不同的观测尺度(测量尺度)而变化，因此海岸线长度与使用的测量方法或测量尺度有关。利用卫星遥感方法调查海岸线的长度，海岸线的长度与遥感图像像素的空间分辨率有关。本次遥感调查使用的ETM ++卫星8波段遥感影像数据，空间分辨率为15m，即以一个像元代表的225m2的面积作为岛屿海岸线长度的测量尺度。因为遥感影像中的每个像元都不是一个点，而是一个面，所以从遥感影像中得到的海岸线是一条由一系列线段组成的折线(长度15m)。在4.4.5节“海岛岸线长度调查”和表4.12中，是指遥感影像中分辨率为15m的像元直接测得的海岛岸线长度。所谓“平滑长度”是指去除折线直角后的长度，即遥感影像中像元测量的岛屿海岸线平滑后计算的长度，也便于与其他传统方法得到的长度进行比较(图4.18)。
图4.18遥感影像像素测量的海岸线长度。
(a)以像素为度量尺度，获得的海岸线长度是由山脉段组成的折线；(b)通过去除虚线的直角获得的“平滑长度”。