经验交流▏海洋自然岸线确定试点研究
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一、引 言
长期以来，海岸线测绘都采用原始、传统的野外人工实地测量方法，测量依据为滩涂上干湿线、沙砾的堆积、植物分界线、岩石上的痕迹线等各种可见的特征痕迹线。这种测量方法的实地性强，但效率不高，安全系数较低，时效性不足，获取的数据不统一。本文以河北省沿海典型区域为试点，开展海洋自然岸线确定研究，开展平均高潮线、平均低潮线、0m等高线的确定及信息的提取，拟定海洋岸线确定技术规程。
二、技术路线及工作流程
实施主要通过无人机获取高精度DOM（数字正摄影像图）和DEM（数字高程模型）数据，结合构建精密潮汐模型获取的平均高潮线、低潮线的85高值（85国家高程基准面），采用人机交互的方式进行海洋岸线类型识别；结合高精度DEM、水下地形数据，通过“等值法”和“二值法”对自然岸线的平均高潮线、低潮线、0m线进行提取。主要技术流程包括：资料收集，DOM、DEM获取，潮汐模型构建，坐标统一，岸线识别，岸线提取。
⒈资料收集
收集河北省沿海试点区域的控制数据、影像数据、大比例尺水深数据及岸线数据，作为试点研究的参考资料及试验依据。
⒉坐标转换
使用布尔莎七参数模型，进行数据由WGS-84坐标系向2000国家大地坐标系之间的转化，并获得1985国家高程基准高程。
⒊DOM、DEM数据获取
为了获得更好现势性、更高精度的DOM和DEM数据，对试点区域采用无人机航摄，航飞选择在低潮时段前后1h，获取试点区域满足1∶2000精度要求的DEM和DOM数据。
⒋连续水位观测
依据GB 12327-1998《海道测量规范》，结合实际情况，验潮站布设的密度满足控制全测区的潮汐变化的要求，相邻验潮站之间的距离均满足最大潮高差不大于1m，最大潮时差不大于2h。
⒌精密潮汐模型建立
精密潮汐模型建立主要工作内容是：收集处理研究海域验潮站观测数据与岸线、水深等资料，建立覆盖研究海域潮波数值模式，计算网格点主要分潮调和常数。利用验潮站调和常数，对数值模式的结果进行改进，构建精密潮汐模型，确定研究岸段网格点平均高低潮位。
⒍岸线类型分类
参照“全国海岸带开发利用变化监测项目”中的沿海边界线分类指标，把沿海岸线分为自然岸线和人工岸线2 类。自然岸线包含砾砂质岸线、淤泥质岸线、基岩岸线、生物岸线、潟湖岸线、河口岸线等6个二级类；人工岸线包含养殖岸线、盐田岸线、港口码头岸线、临海建设岸线、道路岸线、防护工程岸线、其他人工岸线等7 类个二级类。
⒎岸线类型识别
岸线类型识别主要采用图上人工交互法的方式识别和外业核查属性相结合的方式进行岸线类型。结合海岸线数据等已有岸线调查矢量信息，遵循岸线识别原则，利用不同类型岸线在影像上的形态特征、纹理特征等特征，识别人工岸线和自然岸线类型。
外业核查主要工作内容包括：对内业识别的岸线的范围、类型，进行不少于30％的核查并修改；对内业识别无法准确判定的，全部进行核查并修改；作业过程统一采用平板电脑进行记录。所得结果包括拍照日期、时间、经度、纬度、方位角等信息。
⒏岸线提取
⑴人工岸线提取
①人工岸线提取
数据叠加：将收集到最新无人机高分辨率影像、海岸数据等已有调查矢量信息进行叠加。
人工交互法识别：由于海岸线位置的地物细节较清晰，影像色彩、纹理丰富，基本无法自动识别，主要依赖人工判释。根据不同岸线类型在影像上成像特征差异，从高分辨率无人机影像中手工描绘出人工岸线边界线。
赋属性：类型不同的沿海边界线分段赋属性。
②外业核查
采用现场实地踏勘方式进行外业核查。指结合岸线类型识别原则，通过将识别的海岸线类型进行实际勘察，对岸线的位置、类型进行核查，定性分析提取海岸线的形态。对内业提取的人工岸线的位置、拐点，进行不少于10％的核查并修改。
③精度评价
对内业提取的人工岸线的位置、拐点，同外业采集的位置、拐点坐标，进行分析对比，评价其采集精度。
⑵自然岸线提取
由于光学影像上很难准确识别自然边界线，因此，为了保持结果统一，结合低空无人机获取的高分辨率DOM、DEM数据，高精度的潮汐模型，自然岸线平均高潮线、低潮线、0m线的提取即基于沿海DEM和潮汐模型的简单求交方法。
①岸线提取
使用的方法主要有2种：a.等值线追踪法，被美国NOAA采用，具体原理为：由数字高程模型DEM（TIN或GRID），再通过等值线跟踪法提取潮汐基准面所对应的等值线；b.二值法，将DEM分割成水陆二值图像，通过图像处理方法提取海岸线。分析对比优缺点，选取最适合海岸线的提取方法。
②外业核查
采用RTK进行人工实测，利用测量仪器在潮位线附近每隔一定距离采集特征点，标记在数字地形图上并连接成高潮线、低潮线。外业核查比例不小于总岸线的10％。
③精度评价
为了评估提取岸线的精度及岸线平滑的精度损失情况，将2种方法提取的海岸线与河北省海岸线和实地测量的海岸进行高程比对和平面位置比对，得到高程和岸线变化梯度方向的位置差异的均方根差和标准差，以验证DEM岸线提取的可靠性。
⒐实验结果
等值线追踪法实现简单，但是需大量后期人工作业进行修订，因此，该方法效率低、劳动强度大，且易受主观因素影响。二值法从本质上仍是提取等值线，但与等值线追踪法相比，解决了海岸线零乱、破碎的问题，通过解决了海岸线曲折的问题，在保证精度的同时可省去大量的人工操作，自动化程度高，自动提取高。
三、结 语
河北省沿海区域的潮汐比较特殊，潮差非常小。平均高潮线、平均低潮线、0m线高程差较小，只有约30cm，通过无人机获取的DEM，虽然从测绘角度上满足1∶2000精度，但实际上无法对3条线（尤其是平均低潮线）进行正确、有效的提取。下一步应考虑开展海岸线附近区域LiDAR扫描工作，或采用LiDAR和水下地形测量相结合的方法获取海岸带更加精细的DEM。
【作者简介】本文作者/韩永涛 王治国，均来自河北省制图院；第一作者韩永涛，男，1987年出生，河北邢台人，工程师，从事海岸带及海洋测绘相关技术研究；文章来自《工程建设与设计》（2018年第24期），参考文献略，用于学习与交流，图片系我平台加载，版权归作者及出版社共同拥有，转载也请备注由“溪流之海洋人生”微信公众平台整理。
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