深圳海岸線修測及數據處理

王志豪(深圳市勘察測繪院有限公司,廣東深圳 518028)

深圳海岸線修測及數據處理

王志豪?
(深圳市勘察測繪院有限公司,廣東深圳 518028)

摘 要:深圳經濟發展迅速,特別是沿岸段海岸線的開發與利用,使得部分海岸線變遷較快,依據實際現狀對現今海岸線進行全面、系統的測量、修正、補充、繪制和分析,確保海岸線的現勢性具有重要意義。論文介紹深圳全市海岸線的定測以及海岸線兩側的地形測量方法,即采用GPS RTK、GPS等方法進行全市現狀海岸線定測工作,采用GPS動態測量(RTK)配合PDA方法對陸域方向300米、GPS配合測深儀采用無驗潮測深法向海域方向500米進行1∶2 000水下地形測繪工作。給出了海岸線數據轉換、地形圖轉換、陸域高程轉換、水域高程轉換等方法和結果,為今后的各項用海提供了科學、精準的海岸線數據。

關鍵詞:海岸線測量;水下地形測量;數據處理

1 引 言

深圳擁有豐富的海洋資源,科學地規劃其海岸資源,建設好東西部海岸沿線重點工程,是提高城市吸引力和人們生活水平的關鍵所在。在2008年,深圳市農業和漁業局轄區海岸線數據顯示,深圳市當前海岸線約長282 km,該數據一致沿用至今。基于近幾年深圳的經濟發展,不僅對于其沿岸段的海岸線開發、利用較為頻繁,同時其部分海岸線也發生較快的變遷,因此,對現今深圳海岸線進行系統測量、修正,不僅可以確保深圳海岸線數據的實時性,同時也可為今后我市海洋海岸線管理以及海監執法提供有效數據參考。

2 測區概況

深圳市農業和漁業局轄區海岸線長約282 km,包括東寶河口與伶仃島牛利角燈樁聯線以東(不含礬石水道),內伶仃島牛利角燈樁與雞翼角燈樁聯線至北緯22°09′緯線以東,北緯22°09′緯線以北和東經115°13′經線以西的沿海水域(香港管轄水域除外)。深圳的東部海岸線上半島和海灣的海拔絕對高度相差很大,大鵬半島七娘山主峰海拔高達867．4 m,大鵬灣水深18 m～24 m,構成槽形海灣、陡峭海岸的地貌特征。深圳的西部海岸線不具備東部岸線那種天然的山海條件,岸線上已經有了很多大型交通基礎設施和港口集聚,擁有獨特的河口濕地灘涂景觀。如圖1所示:

圖1　深圳市海岸線示意圖

3 測量圖根控制點

由于本項目作業區域沿海岸線呈狹長帶狀,已有等級控制點不能滿足地形圖測量的密度要求,因此進行圖根控制點加密測量。圖根控制點測量前,首先進行轉換參數的求解工作,在測區選取均勻分布的4個以上已有一級導線點,實測其WGS84坐標,然后輸入其深圳獨立坐標系下成果,由儀器自帶點校正軟件解算出該測區WGS84坐標系-深圳獨立坐標系轉換參數,平面坐標轉換的殘差絕對值均不大于2 cm。轉換參數設定后在測區內選取已有控制點進行檢查測量,東部檢測點為03IO100、03I08、03IC94、03IC97等;西部檢測點為I2-1023、I2-660、I2-661、I2-693等,其所測三維坐標(X、Y、H)與部分成果較差如表1所示:

本測區共布設圖根控制點585個,采用鋼釘標志。已知點檢核平面位置較差最大為48 mm (限差±50 mm),高程較差最大為41 mm(限差±100 mm),由此可見求解的轉換參數滿足規范要求。檢核無誤后進行圖根控制點測量,作業儀器為中海達V8型雙頻GPS接收機[儀器標稱精度為±(1．0 cm+1 ppm),其作業主要技術參數為:同步觀測衛星數≥5;HGOP<6;衛星截止高度角≥15°;在每個圖根控制點觀測兩個測回,在得到RTK固定解且收斂穩定后開始記錄,每測回自動觀測值均在10個以上,測回間儀器重新初始化且間隔60 s,測回間平面坐標分量較差不超過2 cm,垂直坐標分量較差不超過3 cm時,取平均值作為該點最終觀測結果。本次作業測回間點位互差最大為編號T4的圖根控制點,其平面坐標分量較差為△X = -1．9 cm、△Y =+0．5 cm(限差為±2．0 cm);測回間高程互差最大為編號T16的圖根控制點,其垂直坐標分量較差為-2．9 cm(限差為±3．0 cm),均滿足規范要求。

圖根控制點測量結果 表1

4 深圳海岸線判定和測量

4．1海岸線判定

海岸線測量是本項目的重點,對于海岸線判定中能夠根據人工岸以構筑物的外沿線為主;對于自然岸判定中,根據海岸的植物邊線、土壤和植被的顏色、濕度、硬度以及流木、水草、貝殼等沖積物來確定其位置。河流出海口根據岸邊構筑物情況直接連線將河口段封閉作為海岸線。所有判定依據、方法均與測量人員詳細交代明確后開始海岸線數據采集。并且,在深圳海岸線測量中,運用GPS數字測繪,定位精度,在實際應用中,先建立深圳海岸線區域內的GPS控制網,根據深圳海岸線測量測繪區內的控制點分布情況,確保網形點位誤差值均勻,根據GPS的衛星定位可見預報圖,并選取最佳的觀測時段,進行深圳海岸線測量工作。

4．2海岸線測量方法

在衛星信號良好的區域采用GPS-RTK模式進行直接測量,其他區域采取全站儀進行測量。而針對部分懸崖峭壁無法到達區域采用免棱鏡全站儀采集坐標,保證了所有海岸線特征點的連接關系和數學精度。

5 修測海岸陸地區域地形

在實際中,可以可以縮編原有地形圖,最新已有形圖數據資料,按《1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形圖圖式》(GB/ T20257．1-2007)進行縮編和整飾,標記原圖或接邊區域矛盾和問題,以備野外核查使用。其次,現場進行100%巡查,實地調查地形地貌變化情況。對變化量較小可以通過幾何處理的在實地量測后用圖解法處理,對變化量大的地形區域可在地圖中注明變化情況、圈定修測范圍、為后續圖根控制和地形圖測量提供依據。

本次地形圖修補測采用全野外數字化測量的方法,在加密的圖根點上設站,使用全站儀或GPS動態測量(RTK)按全要素數字化采集模式,對房屋、道路、輸變電設備、涵洞等主要地物和陡坎、斜坡、溝渠等主要地形都做了詳細測量并繪制草圖;內業成圖時,先將野外采集的數據傳輸到計算機中,并采用我公司與南方測繪儀器有限公司合作研發的“CASS7．0深勘版”數字化成圖軟件進行展點,形成AutoCAD系統下的DWG圖形文件,再對照繪制的草圖進行圖形編輯。編輯時,遵循了以下原則:嚴格執行有關規范及圖式;高程注記到0．1 m,等高距為2 m;按照50 cm×50 cm正方形標準分幅,共計1∶2 000地形圖303幅。

6 深圳海岸線水下地形測量

6．1應用無驗潮測深法測量水下地形

對于海岸線水下地形測量中,使用GPS配合測深儀采用無驗潮測深法進行測量,可以消除了波浪、潮汐、水位落差對測量的影響,發揮積極應用價值。采取數字化測深儀配合GPS RTK無驗潮測深法,當GPS接收機與數字化測深儀連接后,以RTK測量模式實測接收機當前平面坐標與高程,并實時傳輸到測深儀中,測深儀同時測量水深數據,內置測量軟件計算出當前水深點的平面坐標與高程。

6．2水中聲速及水深測量

采用廣州市中海達測繪儀器有限公司生產的HD-380型雙頻數字測深儀,其標稱精度為±1 cm+0．1%D,D為所測之深度。作業開始前采用“檢查板”直接校對法對測深儀進行綜合改正,深度改正數按下式求取。

(1)水中聲速按下式計算:

其中:C——水中聲速(m/ s),可根據水溫、含鹽度由“水溫、含鹽度與水中聲速關系曲線圖”查得;

t——水溫(℃);

S——含鹽度(‰)。

(2)深度改正值按下式計算:

其中:△Hc——深度改正值(m);

H——水深讀數(m);

C0——水中標準聲速(m/ s),其值為1500 m/ s。

測深點的高程中誤差:水深≤20 m時,高程中誤差為±0．2 m;水深大于20 m時,高程中誤差為±0．01H(H為水深值,單位為m)。本次檢查結果如表2所示:

水深檢查結果 表2

6．3定位測量

對于海岸線地下水形測量中,在測深儀主機上通過測深軟件布置好互相平行的測量航跡線,外業測船沿設計航跡線行駛,采用GPS RTK+測深儀+數字測圖系統軟件進行數據采集,數據采集工作由測量軟件自動控制, GPS數據與測深儀數據實時同步采集。水深測量作業前,首先對GPS平面定位及實時高程進行檢查,檢測已有控制點平面較差最大值為-4．6 cm(限差±5 cm),高程較差最大值為4．0 cm(限差±10 cm),如表3所示:

控制點平面數據 表3

在海岸線水形測量中,在測船上將GPS接收機與測深儀連接后,在靜止狀態下測量出水深數據,然后通過測桿實測水深進行比對,較差均小于0．1 m。水深測量結束后,檢查程序按照相反次序進行。外業數據采集完畢后,使用中海達水深資料處理軟件,結合GPS坐標測量數據和測深儀測深數據,計算出水下地形測量數據。

6．4編繪水下地形圖

可以將得到野外采集的數據傳輸到計算機中,并采用我公司與南方測繪儀器有限公司合作研發的“CASS7．0深勘版”數字化成圖軟件進行展點,形成Autocad系統下的DWG圖形文件。并且,在海岸線水下地形圖編輯時,遵循了以下原則:嚴格執行有關規范及圖式;并對高程可按照《中國海圖圖式》(GB12319-1998)進行注記,高程注記到0．1 m,等高距為2 m,按照《中國海圖圖式》(GB12319-1998)進行注記。并且,當海岸線水下高程起算面為當地理論深度基準面時,為避免在水陸交界處混淆,所有水下高程注記均采用水深注記形式,以便與陸域高程進行區別,水下高程點的定位點處于整數注記的幾何中心。

7 坐標和高程轉換

7．1轉換參數

深圳市海岸線修測,可以在深圳獨立坐標系下,獲得深圳獨立坐標與WGS84坐標。采用GPS測量方法,對全市的測量控制網進行全面改造,共布設B級GPS框架網點5個和二等GPS點77個;同時,對于上述控制點,均有WGS84坐標系。采用布爾莎模型求解WGS84坐標系實現參數轉換;再采用六參數仿射變換法進行1954年北京坐標系及深圳獨立坐標系間的成果轉換。

7．2海岸線數據轉換

可針對深圳獨立坐標系下,其海岸線數據41 169 個(2002年海岸線坐標11 709個,現狀海岸線坐標29 460個)的平面直角坐標,采用不同模型獨立計算,將其轉換為WGS84坐標系下的大地坐標,并將其轉換為深圳獨立坐標系的平面直角坐。對于大地坐標以及深圳獨立坐標進行比對檢查,證實其點位較差最大值為3．6 cm,最小值為0．6 cm,中誤差為2．4 cm,小于本次海岸線平面位置測量精度的±2 m。

7．3地形圖轉換

對于深圳市海岸線修測中,本次測量的深圳獨立坐標系下地形圖經轉換為WGS84坐標系,圖形變形量約為2 ppm,經綜合考慮,電子版數據提供深圳獨立坐標系與WGS84坐標系下成果,分幅圖在深圳獨立坐標系下(圖框按照WGS84坐標分幅并轉換至深圳獨立坐標系)打印白紙圖,避免圖形失真。

7．4陸域高程轉換

對于得到的大比例尺地形圖以及控制點,可以采用1956年黃海高程系統,根據《深圳市基礎測繪技術規程》,對陸域部分地形圖高程統一加高0．16 m,編繪等高線部分,從而可以獲得當前深圳市海岸線的陸域高程。

7．5水域高程轉換

對于本次海岸線水下地形修測中,基于1956年黃海高程系統,根據收集的資料,證實深圳市海岸線水下地形理論深度基準面與系統準面相差1．324 m;故此,可對本次所測水下高程數據,均加上1．324 m,就可得出海岸線水下地形修測的基準面高程。

8 海岸線修測數據處理結果

在本次深圳市海岸線及地下水測量中,完成全市現狀海岸線測定工作,并對陸域方向300 m、海域方向500 m的1∶2 000地形圖進行修補測量;經過疊加海岸線矢量數據,可以找出產生變化的海岸線區域,并針對其變化原因進行分析,有助于更好的規劃深圳海岸項目,保護深圳海洋資源。

9 結 論

綜上所述,基于本次深圳海岸線修測工作之中,采用GPS-RTK方法對陸域方向300 m測量海岸線特征點數據,并結合GPS配合測深儀采用無驗潮測深法向海域方向500 m進行了1∶2 000地形圖測繪。對于深圳市海岸線修測中,通過數字化技術依據原始海岸線,結合本次實測現狀海岸線矢量數據疊加,完成全市現狀海岸線測定工作,有助于深圳市農林漁業局清查深圳市海岸資源,更好規劃海岸重點工程項目,對保護深圳海洋資源,促進建設深圳濱海特色國際化城市,發揮積極應用價值。

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Survey and Data Processing of Shenzhen Coastline

Wang Zhihao
(Shenzhen Ggotechnical Investigation & Surveying Institute Co．,Ltd．Shenzhen 518028,China)

Abstract:Shenzhen’s economic development rapidly and,in particular,the development and utilization of coastal shoreline segments,making some shoreline change rapidly．This study was based on the actual status of the coastline of Shenzhen today a comprehensive measurement system,amend,supplement,drawing and analysis is important in ensuring that the coastline in terms of reality．This paper introduces the coastline on both sides of a given method of measuring and topographic survey of the city of Shenzhen coastline．That use of GPS RTK,GPS and other methods to Shenzhen coastline fixed measurement work．And the use of GPS dynamic measurements (RTK) method with the PDA direction of land 300 meters,GPS with sounder use Tide sounding,direction to the sea 500 meters at the beginning of 1∶2000 Underwater Topographic works．It also gives the coastline data conversion,topographic maps,land elevation conversion,water elevation conversion methods and results,the use of the sea for future decision-making provide a scientific,accurate data shoreline．

Key words:measurement coastline;underwater topography measurement;data processing

文章編號:1672-8262(2015)06-113-04中圖分類號:P229．5

文獻標識碼:B

收稿日期:?2015—10—13

作者簡介:王志豪(1978—),男,高級工程師,主要從事工程測量、3S應用等技術工作。