遥感影像技术在港口规划中的应用探索

（1.交通运输部规划研究院，北京 100028；2.舟山市港航管理局，浙江 舟山 316021）

摘要：本文对遥感影像技术在规划领域、港口工程中的应用进行了简要回顾，基于已有研究基础，以宁波-舟山港为例，在港口规划中使用了遥感技术，通过与传统实地调研相结合，对规划效果实施评估、规划辅助设计进行了重点分析。分析表明，遥感技术能为港口规划的定量与定性分析提供众多基础数据，具有广阔的应用前景。

关键词：遥感图像；港口规划；效果评估；辅助设计

引 言

遥感技术应用起源于上世纪70年代[1]。基于自身研究的现实需求，西方发达国家针对遥感技术开展了多个角度的横向研究，受制于当时计算机技术的发展水平有限，应用相对狭窄，主要集中于在环境与资源领域[2-3]。

随着美国率先使用民用遥感卫星评价地表资源，遥感影像开始逐渐成为规划领域的可行性技术手段，应用比例逐年提高。90年代以来，借助计算机技术的飞速发展，遥感影像技术在专业规划领域开始迅速得到应用。

为合理利用城乡空间资源、统筹城市未来发展方向，城市规划在规划领域率先接入了遥感影像技术，规划师可利用现成软件或者二次开发就可解决包括地图处理、规划管理、分析决策在内的诸多规划问题，使用过程中涉及到的数据管理、统计、显示等方面的作用也被普遍接受。发展到今天，遥感影像技术已成为城市规划领域里专业规划师的标准工具，城市规划也成为了规划领域中遥感影像技术应用最为成熟的领域之一[4-6]。

1 遥感技术在港口工程中的具体应用

相比较于内陆区域，港口工程一般位于海岸带与河口三角洲区域，地形相对复杂，生态要素敏感，水下地形交错发展。河口水流由径流、潮流以及沿岸流等多种流动形式组成，包括泥沙在内的港口工程区域环境基本处于持续不断的变化之中。因此针对港口工程的特点，为获取港口区域较为完备的自然资料，传统监测方法一般采用大规模水文同步调查、地形测量、生态要素普查等多种形式，从现代科学的角度而言，该方法费时费力，并不符合当今技术发展形势。

上世纪90年代以来，遥感技术逐渐成为港口、航道工程监测的一种重要的新手段，军队率先在港口水域中提取了港口关键目标，总结了利用遥感影像检测港口目标的相关方法；国家海洋局二所、三所、华东师大河口所利用卫星遥感资料在航道工程中计算出了悬沙遥感定量计算模式；同时，遥感影像技术在港口区域生态保护方面也逐渐推广，在潮间带、生态评价、港口规划影像分析中也是得到了深层次的利用[7-8]。

2 遥感技术在港口规划中的创新体现

港口规划作为港口开发的全局性引领工作，涉及广、周期长、业务工作繁琐，规划基础资料调查整理就额外重要。一般而言，规划基础资料包括岸线资源分布、生态环境发展现状、港口建设基本情况等诸多方面，而且需要跟踪这些要素在不同空间层次（如现状码头、岸线利用、港口后方区域）的分布与数量构成，从而对港口的空间拓展进行宏观与微观、现实与未来相结合的动态研究。

尽管遥感影像技术在港口工程以及相关规划领域已得到较为成熟的运用，但是在港口规划领域目前基本处于较为空白的阶段，因此本文基于遥感影像技术的基础性、全面性、快捷性，尝试将其引入港口总体规划阶段，利用遥感影像处理的多套空间地理信息系统，评估过往规划实施效果，进行规划方案辅助设计，完善港口总体规划方案。研究技术路线如图1所示。

图1 研究技术路线

2.1 图像来源及处理

采用分辨率优于0.5m的高分辨率卫星遥感影像。卫星影像原始数据技术规格及要求如下：

1）数据分辨率：全色星下点优于0.5m，多光谱星下点优于2m；

2）侧视角小于±15°，特殊情况不超过±20°；

3）云量/雪量：核心区域（约4 000km2）无云雪冰覆盖。其他区域的云量、雪量、冰量小于等于10%覆盖率；

4）数据级别：16 bit；

5）数据格式：提交的数据景和景之间需要有合适的重叠度。

在上述要求的基础上须同时满足以下内容：

1）如果原始影像尺寸较大（超过4GB），需进行分块处理，以满足数据存储及高效快速地对局部地区影像进行分析处理的需要。

2）原始影像的分块方式可基于像素网格或者地理坐标进行用户自定义裁切。如果所需影像区域范围包含多个条带时，影像将由每个条带下的部分图像组成。如图2中P001、P002所示。如果某部分图像超过了尺寸限制，将会再对其进行分块。分块结果将按照行列位置顺序编号。每个影像产品都需提供一个 .TIL格式的文件用于显示切割后各部分的坐标。

图2 切片命名方式

3）分块影像可以基于原始影像标准幅宽进行读取和处理。

4）全色影像和多光谱影像应是同一卫星和同一时段拍摄的。

卫星影像数据处理需满足以下内容和要求：

1）卫星影像数据处理内容包括：正射校正、几何校正、融合、匀色镶嵌和数据切片。

2）处理后的影像应尽可能保证影像的原始信息，避免信息损失。

3）几何精度要求：DOM与参考底图同名地物点点位中误差，平地、丘陵地点位中误差控制在2倍采样间隔内，山地、高山地点位中误差控制在4倍采样间隔内；平地、丘陵地区接边限差小于等于2倍采样间隔，山地、高山地接边限差小于等于3倍采样间隔。

4）影像质量要求：满足地物清晰，影像层次丰富，纹理细节清晰，色调正常，地物合理接边，人工地物完整，无重影和发虚现象，无明显噪声、斑点、坏线、接痕和变形，且城区建筑无异常高亮。处理后的影像应尽可能保证影像的原始信息，避免信息损失。

2.2 在总体规划中的创新应用

1）规划区域空间数据库建设

数据矢量化：

选择适当的精度和灰度，将规划区域的地形图输入计算机；然后进行图像拼接、裁剪等相关工作，生成规划区域的栅格图像；使用GIS软件对规划区域地形栅格图上的关键信息用不同的颜色分别进行矢量化，生成不同图层；现状基础设施（码头、堆场、集疏运铁路、公路等）以及其他关键信息（居民区、重要建筑、水体等）均从遥感图像获取。

等高线赋高程值：

根据测量图上的矢量化信息，建立以相关高程信息为核心的地形图赋值系统，在GIS软件中建立相对应的高程字段；同时，根据规划区域的地形地貌特点与测量图的原始比例大小，选取适合规划图纸修改的等高距间隔，与之相应的计曲线与首曲线需依次赋值。在宁波-舟山港总体规划工作中，由于规划区域范围广，等高线赋值工作量较大，为简化任务量，可通过计算机技术采用自动赋值方法，最后导入ArcGIS中，完成后续操作。

2）规划实施效果评估

宁波-舟山港是世界上吞吐量最为庞大的港口，港区分布较广，空间尺度较大，为此，在规划实施效果评估中引入遥感影像技术，旨在合理评估规划实施效果，充分展现发展现状，体现港口发展过程中与规划的同异。

规划的指导性方面：借助遥感影像评估规模码头基础设施的建成投产，煤炭、原油、铁矿石、集装箱等专业化码头的有序布局，集疏运等配套设施的顺利实施等。以宁波港大榭港区为例，借助遥感影像及实地调研资料，2007～2012年的五年中，大榭港区共建成10万 t级集装箱泊位2个，大榭中油30万t级码头和实华45万t级原油码头各1座，如图3所示。

图3 大榭港区重点建设码头现状

规划对沿海产业布局的促进性方面：随着大型专业化码头在规划的引导下逐步实施，依赖煤炭、铁矿石、原油、粮食等大宗散货的临港工业逐渐向沿海集聚，在一定程度上促进了沿海产业布局的调整与优化。因此本研究借助遥感影像，旨在评估服务临港工业的配套码头与沿海工业集聚区的关系。

港口总体规划与经济发展的适应性方面：宁波-舟山港岸线资源丰富，尤其是舟山港，岛屿岸线宜于发展修造船、油品等运输功能，导致部分岸线未批先建、岸线功能与规划不符等问题。

部分港区开发方案与实际发展情况存在较大差异，如金塘港区原规划全部为集装箱专业化码头，陆上通道资源有限，受金融危机的影像，集装箱开发规模扩张缓慢，而本地临港产业发展受规划限制没有空间，亟需调整。此外，部分港口规划岸线需根据需要调整为城市生活岸线等，均对港口规划提出调整要求。

3）规划辅助设计

在岸线规划中，两市岸线共计约4800km。其中，甬江两岸自然岸线约52km，大陆自然岸线长约1 550km，岛屿自然岸线长约3200km。利用现状为公共运输、海洋产业配套运输、城市生产生活运输、城市生活及旅游休闲，以及渔港、水产养殖等，已利用岸线约578km。港口航运使用岸线约251km，占比5%；城市生活、渔业养殖等已利用岸线约327km，占比7%，尚未开发岸线约4224km，占比88%。

结合遥感影像技术，本次研究共规划宁波-舟山港港口岸线总长约659km，占两市沿海自然岸线总长4 802km的13.7%。其中，已开发251km，存量岸线资源408km。存量资源中，Ⅰ类港口岸线180km，占44.2%，Ⅱ类和Ⅲ类港口岸线分别占10.3%和45.5%。

图4 宁波-舟山港中部水域岸线规划示意

港口空间布局规划中，宁波-舟山港北起马鞍列岛的花鸟山岛，南至石浦牛头山岛，西自杭州湾大桥，东达嵊山鳗鱼头岛。原规划总体上形成“一港十九区”布局。其中宁波港域包括甬江、镇海、北仑、穿山、大榭、梅山、象山港、石浦等八个港区；舟山港域包括定海、老塘山、马岙、金塘、沈家门、六横、高亭、衢山、泗礁、绿华山、洋山等11个港区。根据港口空间拓展和功能布局调整的需要，结合新的城市总体规划与遥感影像，宁波-舟山港在原有港区分布的空间基础上，结合港口发展层次布局，合并泗礁、绿华山两个港区，新增白泉港区，总体上呈“一港、四核、十九区”的空间格局，格局变化如图5所示。

（a）上版规划港口空间布局

图5 港口空间布局变化

（b）2014-2030年规划港口空间布局

港区平面布置规划：

依托矢量化的遥感影像，本次研究港区平面布置规划方案主要包括传统的码头生产作业区、码头辅助区，港口综合物流园区，以宁波穿山港为例，集装箱码头区：牛轭江东口至馒头山以西自然岸线长4km，是成规模建设集装箱泊位的理想岸线，规划集装箱码头岸线3 710 m，布置10万t级及以上集装箱泊位10个和1个5万t级多用途泊位，规划资源容量700万TEU，陆域纵深700～1 200 m，陆域面积330万m²。如图6所示。

图6 穿山港区集装箱码头区规划示意

3 结 语

由于港口规划所处背景和环境的复杂性，使得如何利用遥感影像技术识别关键港口目标成为了一个非常复杂的问题，到目前为止，在港口规划中利用遥感影像技术基本上仍然处在起步阶段，距离成为港口规划中必不可少的环节还有相当长的发展空间，但由于遥感技术在基础数据的调查、基础影像的获取具备先天优势，在一定程度上可以切合实际的展示实时性、宏观性、全面性及动态性等特点，因此在港口规划中具备广阔的应用前景。

总而言之，遥感从技术手段上可以强化传统规划中的图像数据处理，但从另外一个角度分析它也不可能完全替代地面调查，对有关应用部门来说，要结合实际规划内容，在遥感应用可行性的基础上，选择合适方案，从而更为有效地发挥遥感技术的作用。

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Application of Remote Sensing Image Technology in Port Planning

Zuo Tianli1, Qi Yue1, Dongmin1, Wang Dachuan1, Su Mengchao1, Zhang Minhui1, Yao Haiyuan1, Zang Shaohui2

(1.Transport Planning and Research Institute, Ministry of Transport, Beijing 100028, China; 2.Zhoushan Port and Shipping Administration Bureau, Zhoushan Zhejiang 316021, China)

Abstract:Firstly this paper reviews the application of remote sensing image in planning and port engineering, then based on the existing research foundation, taking Ningbo-Zhoushan port as an example, this paper attempts to use remote sensing technology in port planning, and through combining with the field research, this paper also focuses on the analysis of the planning effect evaluation and planning-assisted design. The analysis shows that sensing technology can provide a large number of basic data for the quantitative and qualitative analysis in port planning, it has broad application prospects.

Key words:sensing image; port planning; effect evaluation; assisted design

中图分类号：U651+.1；TP79