基于生产的高精度海岸线提取方法

凌婷婷，达利春，顾钰培

（1.西安测绘总站，陕西 西安 710054）

我国大陆有18 000 km的海岸线，海域分布着6 500个大小岛屿，岛屿岸线总长约14 000 km。海岸线是多年平均大潮高潮所形成的海水和陆地分界的痕迹线，是划分海洋与陆地行政管理区域的基准线，是确定领海内水和陆地的分界线，也是区分海洋深度基准和陆地高程基准的分界线。海岸线测量是地图测绘、海道测量、海岸带调查、海岸演变研究、海岸和海域管理等的重要内容，也是重要的基础数据。

1 海岸线的界定及测量方法

1.1 海岸线定义与表示方式

海岸线在地理学上有明确的定义，是指平均大潮高潮的痕迹所形成的水陆分界线，在测绘行业中，目前各类图式规范所定义的海岸线均指多年平均大潮高潮面的水陆分界线。但在实际生产中，海岸线的确定还存在很多问题。根据海岸线的定义，生产中所测得的海岸线只能是一条近似于平均大潮高潮面与岸滩相交的线[1,2]。

不同的海岸类型，海岸线的位置确定原则不同。海岸线按性质可分为基岩海岸、沙质海岸、粉沙淤泥海岸、生物海岸、人工海岸5类。基岩海岸由岩石组成，岸线比较曲折；沙质海岸一般比较平直；粉沙淤泥海岸滩面坡度平缓，滩面宽度可达数km甚至更宽；生物海岸又可分为红树林海岸、珊瑚礁海岸、芦苇海岸；人工岸线是人工建筑物形成的，一般包括防潮堤、防波堤、码头、凸堤、养殖区和盐田等[3]。

1.2 目前的作业手段及局限

根据不同的作业方法，海岸线的位置确定方法也不同，遇到的困难也不尽相同。在目前的实际作业中，海岸线探测手段有实地测量法和摄影测量方法。

1）实地测量法。实地测量通过测量拐点坐标，顺序连接后形成岸线。可以利用传统光学测量仪器采用交会的方法采集特征点，或者采用GPS定位测量。不管用何种方式都存在以下缺陷：①只能根据当地的海蚀坎部、海滩堆积物或海滨植被来确定高潮潮位线，采集者对海岸线实地痕迹的理解判断不同，会造成一定的测量误差；②只有人工海岸、沙质海岸、砾质海岸容易进入实地进行测量，其他海岸类型难以到达，无法进行实地测量，而实测拐点的疏密影响海岸线位置的准确性；③外业测量成本高、效率低、工作周期长，难以快速反映海岸线的动态变化。

2）摄影测量法。摄影测量方法有两种：①利用摄影相片人工调绘海岸线；②利用遥感影像进行室内人工判读采集或计算机自动提取岸线。人工调绘海岸线跟实地测量一样存在大量野外工作，成本高、效率低。基于遥感影像提取岸线，不管是人工判读采集还是计算机自动提取，需给出具体的海岸线遥感解译标志及提取原则，目前关于海岸线遥感解译标志及提取原则并没有统一规定或规范。受潮位影响提取的是瞬时水涯线，并不是严格意义上的海岸线。

1.3 摄影测量生产海岸线修正方法

目前摄影测量内业判读的海岸线都需要进行校正，结合验潮数据才能获取高精度的海岸线。下面介绍两种实际生产中应用较广的方法。

1.3.1 基于瞬时水涯线修正的方法[4-6]

图1 瞬时水涯线修正的方法示意图

基于正射影像提取瞬时水涯线，结合验潮数据进行修正生成海岸线。如图1所示，首先分别提取2幅在不同潮位时刻获取影像的瞬时水涯线，设为C1、C2，量出影像上两瞬时海岸线的距离L1，同时确定2幅影像摄影时刻的潮位高度，设为h1、h2，计算岸滩的坡度α=tan-1[（h1-h2）/L1]，然后根据多年潮位观测资料确定平均大潮高潮位的潮位高度H，计算瞬时水涯线至海岸线的距离L2=（H-h2）/tanα，将提取的瞬时水涯线C2向陆地方向移动L2，即得到真正意义上的海岸线位置。

这种方法的原理简单，且不要求必须有三维立体，缺点是：①适用范围较窄，要求地形起伏小、坡度缓，仅适用于沙质海岸、粉沙淤泥海岸。人工海岸、没有或仅有很狭窄的干出滩的基岩海岸可以认为瞬时水涯线就是海岸线，生物海岸则无法按这种方法修正。因此大规模测图时，涉及到人工判读，需要按性质将海岸线进行分段处理。②需要多幅不同时期正射影像及详细的验潮数据，资料收集成本高。③如果自动提取问题不能很好地解决，瞬时水涯线的人工提取工作量依然很大。

1.3.2 三维立体判绘法

根据海岸线高程为常数这一特性进行测绘，一般情况下，同一区域内海岸线应处于同一水平面上，在三维立体测图下，可以根据海岸线的高程反推海岸线位置。根据验潮数据计算海岸线高程的过程为：根据验潮数据、图幅的中心坐标及曝光时刻，推算相应曝光时刻该区域海岸线距离瞬时水涯线的高差，以图幅为单位，依据公式（海岸线＝瞬时水涯线量测平均值 ＋高差）计算每个曝光时刻的海岸线高程，再将多个曝光时刻的海岸线高程平均，得到该图幅的海岸线高程。以图幅为单位，依据海岸线高程值在立体环境下跟踪采集海岸线。不同图幅的海岸线，其高程限差在1 m 以内，按各自高程采集，平面位置正常接边。当图幅内无法提取瞬时水涯线时，以最近图幅的海岸线高程作为该图幅的海岸线高程；当图幅内瞬时水涯线的高程大于或等于海岸线高程时，按瞬时水涯线位置采集瞬时水涯线，同时拷贝海岸线。当岸线与附近地物出现矛盾时，可在高程限差0.4 m范围内，调整海岸线，消除矛盾。

该方法的优点是不管哪种性质的海岸线都适用，缺点是：①需要在立体环境下跟踪采集海岸线，要求高、工作量大；②要求有详细的验潮数据。

比较两种方法，如果自动提取的瞬时水涯线能够满足大规模生产的精度要求，则基于瞬时水涯线修正的方法能较快捷地生成海岸线；如果自动提取问题不能解决，三维立体判绘法相对而言工作量小、精度高，在有立体环境的情况下，更适用于大规模生产。

2 特殊地区海岸线的位置界定与处理

不管用何种方法，都有一些岸线的具体位置仍然不容易确定，下面针对具体情况给出解决方法。

2.1 自然海岸

1）陡峭岸。直立式陡坎海岸与海岸线重合时，陡坎准确表示，海岸线拷贝陡坎定位线。

2）河口。河口岸线是陆地与海洋两类水体之间的分隔线，入海河口指枯水季节最大潮流界至洪水季节小潮时海水所至处，海岸线与河岸线连接处应位于此范围内。在河口地区测绘海岸线时，潮差较大的地区，仍按平均大潮高潮线测绘；在河水影响大于潮汐影响的河口内部地段，则以河水的常水位（1 a大部分时间平稳的水位）作为河岸线。海岸线与江河岸线连接要自然；河海划界确定，如有水闸、大桥或两岸有界点标志物的，以标志物连线为界线；未划定河海划界的，分界线一般定在河流缩窄或两岸曲率最大处[7]。

2.2 人工海岸

1）填海造地的人工建筑，海岸线位置应在人工建筑与海水的交界处；

2）盐田区域，以盐田区域海一侧的海挡外边缘为海岸线；

3）垒石护坡，以植物或垒石护坡向海一侧的陡肩连线为海岸线；

4）道路，以道路向海一侧外边缘线为海岸线，路挡合一的道路以海挡向海一侧外缘线为海岸线；

5）闸、取水口，以闸或取水口主体构筑物的向海一侧外边缘为海岸线；

6）防潮大堤与海产养殖相结合的区域，以防潮大堤外侧为海岸线。

2.3 生物海岸

1）红树林海岸，海岸线位置在红树林内边界，海岸线以下为红树林；

2）芦苇海岸，在沼泽、河口等浅水湿地形成密集的群落，由陆向海逐渐稀疏，以芦苇茂盛与稀疏程度明显差异处为海岸线。

3 结 语

海洋经济的快速发展，对海洋领土的重视，使得对海岸线的测绘需求大增，但在实际生产中，海岸线的提取还存在很多有待解决的问题，如海岸线遥感解译标志及提取原则的统一、瞬时水涯线智能提取精度的提高、潮汐模型的建立、生产效率的提升等。快速精确生成海岸线，对满足国家政治、经济、军事和社会发展需求，具有非常重要的意义。

[1]杨玉娣,边淑华.海岸线及其划定方法探讨[J].海洋开发与管理,2001(3):34-35

[2]张朝阳.遥感影像海岸线提取及其变化检测技术研究[D].郑州:信息工程大学,2006

[3]孙伟富,马毅,张杰,等.不同类型海岸线遥感解译标志建立和提取方法研究[J].测绘通报,2011(3):41-44

[4]申家双,翟京生,郭海涛.海岸带地形图及其测量方法研究[J].测绘通报,2007(8):29-32

[5]黄海军,李成治,郭建军.卫星影像在黄河三角洲变化研究中的应用[J].海洋地质与第四纪地质,1994(2):30-37

[6]马小峰,赵冬至,邢小罡,等.海岸线卫星遥感提取方法研究[J].海洋环境科学,2007(2):185-189

[7]林桂兰,郑勇玲.海岸线修测的若干技术问题探讨[J].海洋开发与管理,2008(7):61-67