深圳海岸線修測(cè)及數(shù)據(jù)處理

王志豪(深圳市勘察測(cè)繪院有限公司,廣東深圳 518028)

深圳海岸線修測(cè)及數(shù)據(jù)處理

王志豪?
(深圳市勘察測(cè)繪院有限公司,廣東深圳 518028)

摘 要:深圳經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,特別是沿岸段海岸線的開發(fā)與利用,使得部分海岸線變遷較快,依據(jù)實(shí)際現(xiàn)狀對(duì)現(xiàn)今海岸線進(jìn)行全面、系統(tǒng)的測(cè)量、修正、補(bǔ)充、繪制和分析,確保海岸線的現(xiàn)勢(shì)性具有重要意義。論文介紹深圳全市海岸線的定測(cè)以及海岸線兩側(cè)的地形測(cè)量方法,即采用GPS RTK、GPS等方法進(jìn)行全市現(xiàn)狀海岸線定測(cè)工作,采用GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)配合PDA方法對(duì)陸域方向300米、GPS配合測(cè)深儀采用無驗(yàn)潮測(cè)深法向海域方向500米進(jìn)行1∶2 000水下地形測(cè)繪工作。給出了海岸線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、地形圖轉(zhuǎn)換、陸域高程轉(zhuǎn)換、水域高程轉(zhuǎn)換等方法和結(jié)果,為今后的各項(xiàng)用海提供了科學(xué)、精準(zhǔn)的海岸線數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞:海岸線測(cè)量;水下地形測(cè)量;數(shù)據(jù)處理

1 引 言

深圳擁有豐富的海洋資源,科學(xué)地規(guī)劃其海岸資源,建設(shè)好東西部海岸沿線重點(diǎn)工程,是提高城市吸引力和人們生活水平的關(guān)鍵所在。在2008年,深圳市農(nóng)業(yè)和漁業(yè)局轄區(qū)海岸線數(shù)據(jù)顯示,深圳市當(dāng)前海岸線約長282 km,該數(shù)據(jù)一致沿用至今。基于近幾年深圳的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,不僅對(duì)于其沿岸段的海岸線開發(fā)、利用較為頻繁,同時(shí)其部分海岸線也發(fā)生較快的變遷,因此,對(duì)現(xiàn)今深圳海岸線進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)量、修正,不僅可以確保深圳海岸線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性,同時(shí)也可為今后我市海洋海岸線管理以及海監(jiān)執(zhí)法提供有效數(shù)據(jù)參考。

2 測(cè)區(qū)概況

深圳市農(nóng)業(yè)和漁業(yè)局轄區(qū)海岸線長約282 km,包括東寶河口與伶仃島牛利角燈樁聯(lián)線以東(不含礬石水道),內(nèi)伶仃島牛利角燈樁與雞翼角燈樁聯(lián)線至北緯22°09′緯線以東,北緯22°09′緯線以北和東經(jīng)115°13′經(jīng)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(duì)高度相差很大,大鵬半島七娘山主峰海拔高達(dá)867．4 m,大鵬灣水深18 m～24 m,構(gòu)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(jīng)有了很多大型交通基礎(chǔ)設(shè)施和港口集聚,擁有獨(dú)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(cè)量圖根控制點(diǎn)

由于本項(xiàng)目作業(yè)區(qū)域沿海岸線呈狹長帶狀,已有等級(jí)控制點(diǎn)不能滿足地形圖測(cè)量的密度要求,因此進(jìn)行圖根控制點(diǎn)加密測(cè)量。圖根控制點(diǎn)測(cè)量前,首先進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解工作,在測(cè)區(qū)選取均勻分布的4個(gè)以上已有一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn),實(shí)測(cè)其WGS84坐標(biāo),然后輸入其深圳獨(dú)立坐標(biāo)系下成果,由儀器自帶點(diǎn)校正軟件解算出該測(cè)區(qū)WGS84坐標(biāo)系-深圳獨(dú)立坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù),平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的殘差絕對(duì)值均不大于2 cm。轉(zhuǎn)換參數(shù)設(shè)定后在測(cè)區(qū)內(nèi)選取已有控制點(diǎn)進(jìn)行檢查測(cè)量,東部檢測(cè)點(diǎn)為03IO100、03I08、03IC94、03IC97等;西部檢測(cè)點(diǎn)為I2-1023、I2-660、I2-661、I2-693等,其所測(cè)三維坐標(biāo)(X、Y、H)與部分成果較差如表1所示:

本測(cè)區(qū)共布設(shè)圖根控制點(diǎn)585個(gè),采用鋼釘標(biāo)志。已知點(diǎn)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(zhuǎn)換參數(shù)滿足規(guī)范要求。檢核無誤后進(jìn)行圖根控制點(diǎn)測(cè)量,作業(yè)儀器為中海達(dá)V8型雙頻GPS接收機(jī)[儀器標(biāo)稱精度為±(1．0 cm+1 ppm),其作業(yè)主要技術(shù)參數(shù)為:同步觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)≥5;HGOP<6;衛(wèi)星截止高度角≥15°;在每個(gè)圖根控制點(diǎn)觀測(cè)兩個(gè)測(cè)回,在得到RTK固定解且收斂穩(wěn)定后開始記錄,每測(cè)回自動(dòng)觀測(cè)值均在10個(gè)以上,測(cè)回間儀器重新初始化且間隔60 s,測(cè)回間平面坐標(biāo)分量較差不超過2 cm,垂直坐標(biāo)分量較差不超過3 cm時(shí),取平均值作為該點(diǎn)最終觀測(cè)結(jié)果。本次作業(yè)測(cè)回間點(diǎn)位互差最大為編號(hào)T4的圖根控制點(diǎn),其平面坐標(biāo)分量較差為△X = -1．9 cm、△Y =+0．5 cm(限差為±2．0 cm);測(cè)回間高程互差最大為編號(hào)T16的圖根控制點(diǎn),其垂直坐標(biāo)分量較差為-2．9 cm(限差為±3．0 cm),均滿足規(guī)范要求。

圖根控制點(diǎn)測(cè)量結(jié)果 表1

4 深圳海岸線判定和測(cè)量

4．1海岸線判定

海岸線測(cè)量是本項(xiàng)目的重點(diǎn),對(duì)于海岸線判定中能夠根據(jù)人工岸以構(gòu)筑物的外沿線為主;對(duì)于自然岸判定中,根據(jù)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(jù)岸邊構(gòu)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(jù)、方法均與測(cè)量人員詳細(xì)交代明確后開始海岸線數(shù)據(jù)采集。并且,在深圳海岸線測(cè)量中,運(yùn)用GPS數(shù)字測(cè)繪,定位精度,在實(shí)際應(yīng)用中,先建立深圳海岸線區(qū)域內(nèi)的GPS控制網(wǎng),根據(jù)深圳海岸線測(cè)量測(cè)繪區(qū)內(nèi)的控制點(diǎn)分布情況,確保網(wǎng)形點(diǎn)位誤差值均勻,根據(jù)GPS的衛(wèi)星定位可見預(yù)報(bào)圖,并選取最佳的觀測(cè)時(shí)段,進(jìn)行深圳海岸線測(cè)量工作。

4．2海岸線測(cè)量方法

在衛(wèi)星信號(hào)良好的區(qū)域采用GPS-RTK模式進(jìn)行直接測(cè)量,其他區(qū)域采取全站儀進(jìn)行測(cè)量。而針對(duì)部分懸崖峭壁無法到達(dá)區(qū)域采用免棱鏡全站儀采集坐標(biāo),保證了所有海岸線特征點(diǎn)的連接關(guān)系和數(shù)學(xué)精度。

5 修測(cè)海岸陸地區(qū)域地形

在實(shí)際中,可以可以縮編原有地形圖,最新已有形圖數(shù)據(jù)資料,按《1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形圖圖式》(GB/ T20257．1-2007)進(jìn)行縮編和整飾,標(biāo)記原圖或接邊區(qū)域矛盾和問題,以備野外核查使用。其次,現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行100%巡查,實(shí)地調(diào)查地形地貌變化情況。對(duì)變化量較小可以通過幾何處理的在實(shí)地量測(cè)后用圖解法處理,對(duì)變化量大的地形區(qū)域可在地圖中注明變化情況、圈定修測(cè)范圍、為后續(xù)圖根控制和地形圖測(cè)量提供依據(jù)。

本次地形圖修補(bǔ)測(cè)采用全野外數(shù)字化測(cè)量的方法,在加密的圖根點(diǎn)上設(shè)站,使用全站儀或GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)按全要素?cái)?shù)字化采集模式,對(duì)房屋、道路、輸變電設(shè)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(xì)測(cè)量并繪制草圖;內(nèi)業(yè)成圖時(shí),先將野外采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中,并采用我公司與南方測(cè)繪儀器有限公司合作研發(fā)的“CASS7．0深勘版”數(shù)字化成圖軟件進(jìn)行展點(diǎn),形成AutoCAD系統(tǒng)下的DWG圖形文件,再對(duì)照繪制的草圖進(jìn)行圖形編輯。編輯時(shí),遵循了以下原則:嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)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(biāo)準(zhǔn)分幅,共計(jì)1∶2 000地形圖303幅。

6 深圳海岸線水下地形測(cè)量

6．1應(yīng)用無驗(yàn)潮測(cè)深法測(cè)量水下地形

對(duì)于海岸線水下地形測(cè)量中,使用GPS配合測(cè)深儀采用無驗(yàn)潮測(cè)深法進(jìn)行測(cè)量,可以消除了波浪、潮汐、水位落差對(duì)測(cè)量的影響,發(fā)揮積極應(yīng)用價(jià)值。采取數(shù)字化測(cè)深儀配合GPS RTK無驗(yàn)潮測(cè)深法,當(dāng)GPS接收機(jī)與數(shù)字化測(cè)深儀連接后,以RTK測(cè)量模式實(shí)測(cè)接收機(jī)當(dāng)前平面坐標(biāo)與高程,并實(shí)時(shí)傳輸?shù)綔y(cè)深儀中,測(cè)深儀同時(shí)測(cè)量水深數(shù)據(jù),內(nèi)置測(cè)量軟件計(jì)算出當(dāng)前水深點(diǎn)的平面坐標(biāo)與高程。

6．2水中聲速及水深測(cè)量

采用廣州市中海達(dá)測(cè)繪儀器有限公司生產(chǎn)的HD-380型雙頻數(shù)字測(cè)深儀,其標(biāo)稱精度為±1 cm+0．1%D,D為所測(cè)之深度。作業(yè)開始前采用“檢查板”直接校對(duì)法對(duì)測(cè)深儀進(jìn)行綜合改正,深度改正數(shù)按下式求取。

(1)水中聲速按下式計(jì)算:

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

t——水溫(℃);

S——含鹽度(‰)。

(2)深度改正值按下式計(jì)算:

其中:△Hc——深度改正值(m);

H——水深讀數(shù)(m);

C0——水中標(biāo)準(zhǔn)聲速(m/ s),其值為1500 m/ s。

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

水深檢查結(jié)果 表2

6．3定位測(cè)量

對(duì)于海岸線地下水形測(cè)量中,在測(cè)深儀主機(jī)上通過測(cè)深軟件布置好互相平行的測(cè)量航跡線,外業(yè)測(cè)船沿設(shè)計(jì)航跡線行駛,采用GPS RTK+測(cè)深儀+數(shù)字測(cè)圖系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)采集工作由測(cè)量軟件自動(dòng)控制, GPS數(shù)據(jù)與測(cè)深儀數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步采集。水深測(cè)量作業(yè)前,首先對(duì)GPS平面定位及實(shí)時(shí)高程進(jìn)行檢查,檢測(cè)已有控制點(diǎn)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(diǎn)平面數(shù)據(jù) 表3

在海岸線水形測(cè)量中,在測(cè)船上將GPS接收機(jī)與測(cè)深儀連接后,在靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)量出水深數(shù)據(jù),然后通過測(cè)桿實(shí)測(cè)水深進(jìn)行比對(duì),較差均小于0．1 m。水深測(cè)量結(jié)束后,檢查程序按照相反次序進(jìn)行。外業(yè)數(shù)據(jù)采集完畢后,使用中海達(dá)水深資料處理軟件,結(jié)合GPS坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)和測(cè)深儀測(cè)深數(shù)據(jù),計(jì)算出水下地形測(cè)量數(shù)據(jù)。

6．4編繪水下地形圖

可以將得到野外采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中,并采用我公司與南方測(cè)繪儀器有限公司合作研發(fā)的“CASS7．0深勘版”數(shù)字化成圖軟件進(jìn)行展點(diǎn),形成Autocad系統(tǒng)下的DWG圖形文件。并且,在海岸線水下地形圖編輯時(shí),遵循了以下原則:嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)范及圖式;并對(duì)高程可按照《中國海圖圖式》(GB12319-1998)進(jìn)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(jìn)行注記。并且,當(dāng)海岸線水下高程起算面為當(dāng)?shù)乩碚撋疃然鶞?zhǔn)面時(shí),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(jìn)行區(qū)別,水下高程點(diǎn)的定位點(diǎn)處于整數(shù)注記的幾何中心。

7 坐標(biāo)和高程轉(zhuǎn)換

7．1轉(zhuǎn)換參數(shù)

深圳市海岸線修測(cè),可以在深圳獨(dú)立坐標(biāo)系下,獲得深圳獨(dú)立坐標(biāo)與WGS84坐標(biāo)。采用GPS測(cè)量方法,對(duì)全市的測(cè)量控制網(wǎng)進(jìn)行全面改造,共布設(shè)B級(jí)GPS框架網(wǎng)點(diǎn)5個(gè)和二等GPS點(diǎn)77個(gè);同時(shí),對(duì)于上述控制點(diǎn),均有WGS84坐標(biāo)系。采用布爾莎模型求解WGS84坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)參數(shù)轉(zhuǎn)換;再采用六參數(shù)仿射變換法進(jìn)行1954年北京坐標(biāo)系及深圳獨(dú)立坐標(biāo)系間的成果轉(zhuǎn)換。

7．2海岸線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

可針對(duì)深圳獨(dú)立坐標(biāo)系下,其海岸線數(shù)據(jù)41 169 個(gè)(2002年海岸線坐標(biāo)11 709個(gè),現(xiàn)狀海岸線坐標(biāo)29 460個(gè))的平面直角坐標(biāo),采用不同模型獨(dú)立計(jì)算,將其轉(zhuǎn)換為WGS84坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo),并將其轉(zhuǎn)換為深圳獨(dú)立坐標(biāo)系的平面直角坐。對(duì)于大地坐標(biāo)以及深圳獨(dú)立坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)檢查,證實(shí)其點(diǎn)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(cè)量精度的±2 m。

7．3地形圖轉(zhuǎn)換

對(duì)于深圳市海岸線修測(cè)中,本次測(cè)量的深圳獨(dú)立坐標(biāo)系下地形圖經(jīng)轉(zhuǎn)換為WGS84坐標(biāo)系,圖形變形量約為2 ppm,經(jīng)綜合考慮,電子版數(shù)據(jù)提供深圳獨(dú)立坐標(biāo)系與WGS84坐標(biāo)系下成果,分幅圖在深圳獨(dú)立坐標(biāo)系下(圖框按照WGS84坐標(biāo)分幅并轉(zhuǎn)換至深圳獨(dú)立坐標(biāo)系)打印白紙圖,避免圖形失真。

7．4陸域高程轉(zhuǎn)換

對(duì)于得到的大比例尺地形圖以及控制點(diǎn),可以采用1956年黃海高程系統(tǒng),根據(jù)《深圳市基礎(chǔ)測(cè)繪技術(shù)規(guī)程》,對(duì)陸域部分地形圖高程統(tǒng)一加高0．16 m,編繪等高線部分,從而可以獲得當(dāng)前深圳市海岸線的陸域高程。

7．5水域高程轉(zhuǎn)換

對(duì)于本次海岸線水下地形修測(cè)中,基于1956年黃海高程系統(tǒng),根據(jù)收集的資料,證實(shí)深圳市海岸線水下地形理論深度基準(zhǔn)面與系統(tǒng)準(zhǔn)面相差1．324 m;故此,可對(duì)本次所測(cè)水下高程數(shù)據(jù),均加上1．324 m,就可得出海岸線水下地形修測(cè)的基準(zhǔn)面高程。

8 海岸線修測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果

在本次深圳市海岸線及地下水測(cè)量中,完成全市現(xiàn)狀海岸線測(cè)定工作,并對(duì)陸域方向300 m、海域方向500 m的1∶2 000地形圖進(jìn)行修補(bǔ)測(cè)量;經(jīng)過疊加海岸線矢量數(shù)據(jù),可以找出產(chǎn)生變化的海岸線區(qū)域,并針對(duì)其變化原因進(jìn)行分析,有助于更好的規(guī)劃深圳海岸項(xiàng)目,保護(hù)深圳海洋資源。

9 結(jié) 論

綜上所述,基于本次深圳海岸線修測(cè)工作之中,采用GPS-RTK方法對(duì)陸域方向300 m測(cè)量海岸線特征點(diǎn)數(shù)據(jù),并結(jié)合GPS配合測(cè)深儀采用無驗(yàn)潮測(cè)深法向海域方向500 m進(jìn)行了1∶2 000地形圖測(cè)繪。對(duì)于深圳市海岸線修測(cè)中,通過數(shù)字化技術(shù)依據(jù)原始海岸線,結(jié)合本次實(shí)測(cè)現(xiàn)狀海岸線矢量數(shù)據(jù)疊加,完成全市現(xiàn)狀海岸線測(cè)定工作,有助于深圳市農(nóng)林漁業(yè)局清查深圳市海岸資源,更好規(guī)劃海岸重點(diǎn)工程項(xiàng)目,對(duì)保護(hù)深圳海洋資源,促進(jìn)建設(shè)深圳濱海特色國際化城市,發(fā)揮積極應(yīng)用價(jià)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(hào):1672-8262(2015)06-113-04中圖分類號(hào):P229．5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

收稿日期:?2015—10—13

作者簡介:王志豪(1978—),男,高級(jí)工程師,主要從事工程測(cè)量、3S應(yīng)用等技術(shù)工作。