基于遥感技术综述乌苏里江
第 1 章 绪论
1.1 国内外研究进展
1.1.1 东北界河研究现状
于建春等对黑龙江省界河河道冲刷破坏类型进行研究表明，破坏类型主要有冲刷及塌岸、低滩切割和汊道岛屿变流，乌苏里江河岸的冲刷上，中游不同，而且与河道类型、河岸地质、河岸植被有很大关系。他们的研究还表明顺直微弯性河道冲刷变形量较小，乌苏里江每年冲刷面积达 1.44平方公里。
李贵勤等对乌苏里江和松阿察河国土流失成因分析研究表明，影响江岸坍塌的因素主要包括地形因素，气象因素，河岸地质因素和人为因素。
张姝]等利用遥感手段得到近年来黑龙江流域两岸塌岸、淤积的具体面积，为国土流失做出客观科学的分析和统计。
杜启明等对鸭绿江河道演变进行研究表明，鸭绿江河道变迁的主要类型也为冲刷及塌岸、低滩切割和汊道岛屿变流。并计算了河道的稳定性。
张嘉军等对鸭绿江口段河道演变进行研究表明，影响河道演变的成因主要包括自然环境因素和人类影响因素。其中自然环境因素主要包括地质，地貌，气象水文，潮汐，流域性的影响。
1.1.2遥感影像河流提取方法研究
1989 年，Barton I..等利用 AVHRR 影像，使波段 2 和波段 1 相比，识别了水体，并对洪水进行了监测。
2006 年，陈爱军[8]等针对高分辨率遥感图像提出了一种快速提取河流的办法，首先将原图像划分成不重叠的图像子块，之后将子块二值化，然后对子块进行四连通标记，最后提取了河流目标，并验证了该方法的有效性。
2021 年，王文种]等利用CBERS 数据对全国河湖进行了第一次清查，并讨论了ENVI/IDL环境下的 CBERS 批处理模式的建立和应用。
2021 年，于晓升等提出了一种基于不同种特征融合的遥感图像的河流目标检测算法，实验证明，该算法提取河流具有良好的连通性，可以很好的应用到处于复杂背景下的河流的检测。
2021 年，梁文琼]等提出了一种面向对象的遥感图像增强处理方法，提取的效果较好，获得明确结论；孙俊杰等采用面向对象的方法，实施了湿地信息的快速提取；陈文涛采用最大似然法监督分类提取水体信息，取得了显著的效果；慎利等提出使用一种空间像素模板来获取空间之间邻域的相关关系，并结合Adaboost 集成学习算法来提取高分率影像上的河流信息。
1.2研究内容和技术路线
1.2.1 研究技术路线
本文的研究对象为东北界河（乌苏里江至鸭绿江口段），基于2005年和2021年的 SPOT 遥感数据对界河信息进行提取，以 GIS 作为技术依托，通过统计界河岸线长度动态变化，界河岸线长度变化率，界河面积变化，时空动态变化，界河变迁强度分布来分析界河的变化规律，结合自然环境因子和社会因子来分析界河变迁的影响因素。具体技术路线图如下图 1.1所示。
1.2.2 研究内容和重点
本文的研究内容主要包括：
1、遥感图像的数据预处理
合成波段的选择、图像增强的方法、两期遥感图像的完全配准、投影方式的选择。本文采用的投影方式为高斯投影，西安 80坐标系。其中鸭绿江位于 3度带42带，图们江位于 3度带43带，乌苏里江和松阿察河位于 3度带 44带，为了使数据的投影信息统一，保持数据的连贯性，本文统一采用高斯投影 3 度带42带。
2、遥感专题信息提取
提取预处理过的两期遥感影像的岸线信息和洲岛信息。
3、界河变迁规律分析
利用界河岸线长度变化率，界河面积变化等数值与界河时空动态变化图和变迁强度分布图，明确界河的变迁规律。
4、社会资料整理 统计每条界河的护岸长度和位置，河岸土地开发等情况。
5、自然资料整理
自然资料包括界河自身数据、地形数据、气象数据三方面，其中界河自身数据主要包括河流的弯曲率，河岸的地质类型；地形数据主要包括河流的海拔，坡度，河床纵比降等；气象数据主要为降水数据和温度数据。
6、界河变迁与自然、人为因素的相关关系
通过对界河变迁与自然、人为因素的相关关系分析，明确界河变迁与不同影响因子的关联程度。
第 2 章 研究区概况与数据源
2.1 研究区概况
2.1.1 地理位置
本文研究对象为乌苏里江-鸭绿江口地区的界河，研究区示意图如图 2.1 所示，全程从北至南所涉及到的界河分别为乌苏里江、松阿察河、图们江、鸭绿江。其中中俄界河包括乌苏里江、松阿察河。中朝界河包括图们江和鸭绿江。由于每条界河的地理概况和边界划分原则不同，所以下面分别进行讨论。
2.1.2 鸭绿江
1、基本信息
鸭绿江发源于长白山，为中国和朝鲜界河，流经临江市、白山市、丹东市等地，在辽宁东港市附近注入黄海，鸭绿江干流全长 795 公里，流域面积 6.19万平方公里。
2、地质水文
鸭绿江上游有一小片地区为玄武岩，其余河床都由前寒武纪的岩石构成，河谷很深，与峡谷类似，海拔高 600-1200米，水流湍急，暗礁瀑布密集，集安以下沿岸平原开阔，水资源十分丰富，建有水丰等水电站。
3、气候特征
鸭绿江冬季寒冷，夏天温暖，上下游自然条件相差大，12月初-4月中旬江面封冻，不能通航，中下游年降水量充沛，降雨多集中在 6-9 月，由于雨量充沛，沿岸针叶树和落叶树生长茂盛。
4、中朝边界的划分与历史争端
1962 年，周恩来与金日成在平壤签署了《中朝边界条约》，条约规定： 中国和朝鲜两国共同使用界河，两国的船只可以在水中自由航行，只要不登上对方的河岸就不算跨界；在签订条约之前，已经由一方居民居住或耕种的岛屿或沙洲，就归这一方所有，不再讨论其的归属问题，没有开发利用的岛屿，靠近哪国就归哪国所有，如果岛屿位于两国的中心线上，两国需要共同商议此岛屿的归属问题，如果一个岛屿位于一方的岛屿和一方之间，那么即使它更靠近另一方，它仍然属于该方，在此条约签订之后，界河中新生成的岛屿按照此规则确定它的归属问题。
2.2 数据源
2.2.1 遥感数据源选择
本文选取 2005 年和 2021 年的 SPOT 数据作为本文的数据源，研究区范围为以界河为中心线，向左右分别延伸 30公里。
2.2.2 遥感数据预处理
1、波段组合 SPOT 数据包括 5 个波段，分别为全色波段，绿光波段，红光波段，近红外波段和短波红外波段，全色波段的空间分辨率为 2.5 米，多光谱波段的空间分辨率为10米，波段组合主要针对 SPOT数据的多光谱波段，由于 SPOT 数据没有蓝光波段，为了更好的识别水体，符合人们一贯的视觉习惯可以进行模拟真彩色，采用的方案为，红色用Band2[41]代替，绿色用（Band1×Band3+Band3）/4 求取，蓝色用 Band1 代替。
2、图像融合
将 SPOT 多光谱合成的影像与 SPOT 全色的影像进行融合，最终得到了用于提取岸线信息和岛屿信息的影像，空间分辨率为 2.5米。
3、投影变换
为了使研究区的变形最小，应该使研究区的中间的经线为选择投影信息的中央经线，本文为了保证数据的连贯性和统一性，制图统一使用高斯3度带 42带投影，西安80坐标系。
4、几何校正
为了使两期遥感数据能够完全配准，本文所用的 2005年数据已经经过了精校正，以其作为参考图象对 2021 年的数据进行几何校正，校正选择的软件为ERDAS，采用多项式几何模型，将误差控制在一个像元以内。
2.2.3 遥感专题信息提取
本文采用人机交互目视解译的方法对研究区内的岸线，岛屿等专题信息进行提取。
2.2.4 其他数据获取
本文所用的气象数据来自中国气象科学数据共享服务网。数据包括 0.5°×0.5°网格的月降水数据和气温数据。
本文所用的DEM 数据来自30米分辨率的 ASTER GDEM数据。
第3 章 东北界河（乌苏里江-鸭绿江口段）变迁研究 ..................... 10
3.1 东北界河（乌苏里江-鸭绿江口段）变迁规律研究方案 ........ 10
3.2 界河变迁规律研究结果 .................. 11
3.2.1 鸭绿江地区界河变迁规律 ............... 11
第4 章 界河变迁因子分析 ...................... 50
4.1 界河变迁自然因子分析....................... 50
4.1.1 地形因子分析 .............................. 50
第5 章 界河变迁影响因子分析 ................... 69
5.1 界河变迁影响因子分析方法的选择 ............... 69
5.2 鸭绿江界河影响因子综合分析 ............... 69
第 5 章 界河变迁影响因子分析
5.1 界河变迁影响因子分析方法的选择
现阶段，人们广泛运用于生态环境变化影响因子分析的方法主要有主成分分析，回归分析和典型相关分析。主成分分析一般对样本的容量没有特殊要求，但是最好大于用于提取主成分的因子的 3 倍，而且变量之间的相关性难以消除。典型相关分析对样本的容量要求较高，需要样本的容量大于因子个数，而且无法消除变量间的多重相关性。多元回归分析对样本的容量要求更高，一般应该大于30或是大于自变量的 5-10倍，并且存在岭参数估算的问题。
偏最小二乘回归方法（Partial Least-squares Regression: PLS）是近些年来发展起来的具有广泛试用性的多元统计分析方法。1983年，S. Wold 和C. Albano等首次提出了这种方法，并将它成功的用在了化学领域。近年来，偏最小二乘回归方法发展迅速，已经成功的应用在许多领域。偏最小二乘回归方法对样本容量的要求低，特别当自变量和因变量的个数很多，且各个变量之间存在多重相关性，但是样本量又很少时，应用偏最小二乘回归建立的模型具有传统回归方法等方法没有的优点。
考虑到以上各种多元统计分析的优缺点，本文选用偏最小二乘回归方法，应用Matlab软件，选取平均高程，平均坡度，年平均降水量，年平均气温，河流纵比降，作为影响界河变迁的因子，由于人为活动因子一般只作用在界河的局部，不能体现对整体的影响力，所以本章的分析不考虑人为活动因子的影响。由于乌苏里江地区地形起伏十分小，所以本章只研究图们江和鸭绿江地区。
第 6 章 结论与思考
6.1 结论
本文通过分析东北界河（乌苏里江-鸭绿江口）段 2005-2021 年间界河自身的变化，并结合影响界河变迁的地形因子、气候因子、界河自身因子、人为活动因子，探讨8 年来界河变迁的影响因素。通过调查研究，主要得到以下结论：
1、界河的变化情况
本文分别对鸭绿江的上中下游，图们江的上中下游，松阿察河，乌苏里江的上，下游的岸线长度的侵蚀淤积变迁，岸线面积的侵蚀淤积变迁，岛屿面积的侵蚀淤积变迁进行统计（侵蚀作用指的是河流的侧蚀作用），得到结果如下：
（1）鸭绿江地区界河变化情况
鸭绿江地区界河的陆地岸线长度变迁主要以侵蚀变迁为主，且中游最为严重，下游其次，上游最弱；陆地岸线长度的淤积变迁下游最重，上游其次，中游最弱；整段陆地岸线长度的变迁，中国都强于朝鲜。
鸭绿江地区界河面积变化，全区来看，两国的侵蚀面积都大于各国的淤积面积；中上游两国侵蚀面积都大于淤积面积，且变迁位置主要是沿着河岸，中游的侵蚀变迁面积最大，淤积面积最小；下游两国的淤积面积都大于侵蚀面积，变迁位置中国主要还是沿着河岸淤积，朝鲜主要沿着洲岛淤积，我国主要被威胁河段位于中游段的龚家村-小碾子沟段。
（2）图们江地区界河变化情况
图们江地区界河的陆地岸线长度变迁主要以淤积变迁为主，且随着上中下游依次递增；中上游两国变迁情况相差不大，下游朝鲜河岸淤积变迁长度骤然升高。
图们江地区界河面积变化，全区来看，两国的淤积面积都大于各国的侵蚀面积；中上游两国侵蚀面积基本持平，且侵蚀位置主要沿着洲岛，淤积面积中国略大于朝鲜，且变迁位置都主要是沿着河岸；下游两国侵蚀面积也基本持平，侵蚀位置也主要沿着洲岛，下游朝鲜淤积面积骤然升高，远远大于中国，但是变迁位置两国都还是主要沿着河岸淤积，我国主要被威胁河段位于中游段的图们市-凉水镇段。
参考文献（略）