基于生產的高精度海岸線提取方法

凌婷婷，達利春，顧鈺培

（1.西安測繪總站，陜西 西安 710054）

我國大陸有18 000 km的海岸線，海域分布著6 500個大小島嶼，島嶼岸線總長約14 000 km。海岸線是多年平均大潮高潮所形成的海水和陸地分界的痕跡線，是劃分海洋與陸地行政管理區域的基準線，是確定領海內水和陸地的分界線，也是區分海洋深度基準和陸地高程基準的分界線。海岸線測量是地圖測繪、海道測量、海岸帶調查、海岸演變研究、海岸和海域管理等的重要內容，也是重要的基礎數據。

1 海岸線的界定及測量方法

1.1 海岸線定義與表示方式

海岸線在地理學上有明確的定義，是指平均大潮高潮的痕跡所形成的水陸分界線，在測繪行業中，目前各類圖式規范所定義的海岸線均指多年平均大潮高潮面的水陸分界線。但在實際生產中，海岸線的確定還存在很多問題。根據海岸線的定義，生產中所測得的海岸線只能是一條近似于平均大潮高潮面與岸灘相交的線[1,2]。

不同的海岸類型，海岸線的位置確定原則不同。海岸線按性質可分為基巖海岸、沙質海岸、粉沙淤泥海岸、生物海岸、人工海岸5類。基巖海岸由巖石組成，岸線比較曲折；沙質海岸一般比較平直；粉沙淤泥海岸灘面坡度平緩，灘面寬度可達數km甚至更寬；生物海岸又可分為紅樹林海岸、珊瑚礁海岸、蘆葦海岸；人工岸線是人工建筑物形成的，一般包括防潮堤、防波堤、碼頭、凸堤、養殖區和鹽田等[3]。

1.2 目前的作業手段及局限

根據不同的作業方法，海岸線的位置確定方法也不同，遇到的困難也不盡相同。在目前的實際作業中，海岸線探測手段有實地測量法和攝影測量方法。

1）實地測量法。實地測量通過測量拐點坐標，順序連接后形成岸線。可以利用傳統光學測量儀器采用交會的方法采集特征點，或者采用GPS定位測量。不管用何種方式都存在以下缺陷：①只能根據當地的海蝕坎部、海灘堆積物或海濱植被來確定高潮潮位線，采集者對海岸線實地痕跡的理解判斷不同，會造成一定的測量誤差；②只有人工海岸、沙質海岸、礫質海岸容易進入實地進行測量，其他海岸類型難以到達，無法進行實地測量，而實測拐點的疏密影響海岸線位置的準確性；③外業測量成本高、效率低、工作周期長，難以快速反映海岸線的動態變化。

2）攝影測量法。攝影測量方法有兩種：①利用攝影相片人工調繪海岸線；②利用遙感影像進行室內人工判讀采集或計算機自動提取岸線。人工調繪海岸線跟實地測量一樣存在大量野外工作，成本高、效率低。基于遙感影像提取岸線，不管是人工判讀采集還是計算機自動提取，需給出具體的海岸線遙感解譯標志及提取原則，目前關于海岸線遙感解譯標志及提取原則并沒有統一規定或規范。受潮位影響提取的是瞬時水涯線，并不是嚴格意義上的海岸線。

1.3 攝影測量生產海岸線修正方法

目前攝影測量內業判讀的海岸線都需要進行校正，結合驗潮數據才能獲取高精度的海岸線。下面介紹兩種實際生產中應用較廣的方法。

1.3.1 基于瞬時水涯線修正的方法[4-6]

圖1 瞬時水涯線修正的方法示意圖

基于正射影像提取瞬時水涯線，結合驗潮數據進行修正生成海岸線。如圖1所示，首先分別提取2幅在不同潮位時刻獲取影像的瞬時水涯線，設為C1、C2，量出影像上兩瞬時海岸線的距離L1，同時確定2幅影像攝影時刻的潮位高度，設為h1、h2，計算岸灘的坡度α=tan-1[（h1-h2）/L1]，然后根據多年潮位觀測資料確定平均大潮高潮位的潮位高度H，計算瞬時水涯線至海岸線的距離L2=（H-h2）/tanα，將提取的瞬時水涯線C2向陸地方向移動L2，即得到真正意義上的海岸線位置。

這種方法的原理簡單，且不要求必須有三維立體，缺點是：①適用范圍較窄，要求地形起伏小、坡度緩，僅適用于沙質海岸、粉沙淤泥海岸。人工海岸、沒有或僅有很狹窄的干出灘的基巖海岸可以認為瞬時水涯線就是海岸線，生物海岸則無法按這種方法修正。因此大規模測圖時，涉及到人工判讀，需要按性質將海岸線進行分段處理。②需要多幅不同時期正射影像及詳細的驗潮數據，資料收集成本高。③如果自動提取問題不能很好地解決，瞬時水涯線的人工提取工作量依然很大。

1.3.2 三維立體判繪法

根據海岸線高程為常數這一特性進行測繪，一般情況下，同一區域內海岸線應處于同一水平面上，在三維立體測圖下，可以根據海岸線的高程反推海岸線位置。根據驗潮數據計算海岸線高程的過程為：根據驗潮數據、圖幅的中心坐標及曝光時刻，推算相應曝光時刻該區域海岸線距離瞬時水涯線的高差，以圖幅為單位，依據公式（海岸線＝瞬時水涯線量測平均值 ＋高差）計算每個曝光時刻的海岸線高程，再將多個曝光時刻的海岸線高程平均，得到該圖幅的海岸線高程。以圖幅為單位，依據海岸線高程值在立體環境下跟蹤采集海岸線。不同圖幅的海岸線，其高程限差在1 m 以內，按各自高程采集，平面位置正常接邊。當圖幅內無法提取瞬時水涯線時，以最近圖幅的海岸線高程作為該圖幅的海岸線高程；當圖幅內瞬時水涯線的高程大于或等于海岸線高程時，按瞬時水涯線位置采集瞬時水涯線，同時拷貝海岸線。當岸線與附近地物出現矛盾時，可在高程限差0.4 m范圍內，調整海岸線，消除矛盾。

該方法的優點是不管哪種性質的海岸線都適用，缺點是：①需要在立體環境下跟蹤采集海岸線，要求高、工作量大；②要求有詳細的驗潮數據。

比較兩種方法，如果自動提取的瞬時水涯線能夠滿足大規模生產的精度要求，則基于瞬時水涯線修正的方法能較快捷地生成海岸線；如果自動提取問題不能解決，三維立體判繪法相對而言工作量小、精度高，在有立體環境的情況下，更適用于大規模生產。

2 特殊地區海岸線的位置界定與處理

不管用何種方法，都有一些岸線的具體位置仍然不容易確定，下面針對具體情況給出解決方法。

2.1 自然海岸

1）陡峭岸。直立式陡坎海岸與海岸線重合時，陡坎準確表示，海岸線拷貝陡坎定位線。

2）河口。河口岸線是陸地與海洋兩類水體之間的分隔線，入海河口指枯水季節最大潮流界至洪水季節小潮時海水所至處，海岸線與河岸線連接處應位于此范圍內。在河口地區測繪海岸線時，潮差較大的地區，仍按平均大潮高潮線測繪；在河水影響大于潮汐影響的河口內部地段，則以河水的常水位（1 a大部分時間平穩的水位）作為河岸線。海岸線與江河岸線連接要自然；河海劃界確定，如有水閘、大橋或兩岸有界點標志物的，以標志物連線為界線；未劃定河海劃界的，分界線一般定在河流縮窄或兩岸曲率最大處[7]。

2.2 人工海岸

1）填海造地的人工建筑，海岸線位置應在人工建筑與海水的交界處；

2）鹽田區域，以鹽田區域海一側的海擋外邊緣為海岸線；

3）壘石護坡，以植物或壘石護坡向海一側的陡肩連線為海岸線；

4）道路，以道路向海一側外邊緣線為海岸線，路擋合一的道路以海擋向海一側外緣線為海岸線；

5）閘、取水口，以閘或取水口主體構筑物的向海一側外邊緣為海岸線；

6）防潮大堤與海產養殖相結合的區域，以防潮大堤外側為海岸線。

2.3 生物海岸

1）紅樹林海岸，海岸線位置在紅樹林內邊界，海岸線以下為紅樹林；

2）蘆葦海岸，在沼澤、河口等淺水濕地形成密集的群落，由陸向海逐漸稀疏，以蘆葦茂盛與稀疏程度明顯差異處為海岸線。

3 結 語

海洋經濟的快速發展，對海洋領土的重視，使得對海岸線的測繪需求大增，但在實際生產中，海岸線的提取還存在很多有待解決的問題，如海岸線遙感解譯標志及提取原則的統一、瞬時水涯線智能提取精度的提高、潮汐模型的建立、生產效率的提升等。快速精確生成海岸線，對滿足國家政治、經濟、軍事和社會發展需求，具有非常重要的意義。

[1]楊玉娣,邊淑華.海岸線及其劃定方法探討[J].海洋開發與管理,2001(3):34-35

[2]張朝陽.遙感影像海岸線提取及其變化檢測技術研究[D].鄭州:信息工程大學,2006

[3]孫偉富,馬毅,張杰,等.不同類型海岸線遙感解譯標志建立和提取方法研究[J].測繪通報,2011(3):41-44

[4]申家雙,翟京生,郭海濤.海岸帶地形圖及其測量方法研究[J].測繪通報,2007(8):29-32

[5]黃海軍,李成治,郭建軍.衛星影像在黃河三角洲變化研究中的應用[J].海洋地質與第四紀地質,1994(2):30-37

[6]馬小峰,趙冬至,邢小罡,等.海岸線衛星遙感提取方法研究[J].海洋環境科學,2007(2):185-189

[7]林桂蘭,鄭勇玲.海岸線修測的若干技術問題探討[J].海洋開發與管理,2008(7):61-67