海测论坛LiDAR技术用于我国海岸线测

一、引言

我国海岸线总长多千米(含港澳台)，其中，大陆岸线多千米，岛屿岸线多千米。全面、高效、精准地测定海岸线位置、属性及其动态变化，对经济建设和国防建设具有十分重大的现实意义。

我国海岸线资源丰富，传统人工实地测量法曾为我国全面、准确测量海岸线发挥了重要作用，但如今不能满足快速、准确的测定海岸线位置的现实需求，因此发展全新的海岸线测量技术势在必行。

我国对海岸线的定义及测量方法有明确的规定，国家标准?海道测量规范?(GB-)中明确规定“海岸线以平均大潮高潮时所形成的实际痕迹进行测绘”。目前海岸线测量的方法分为传统人工实地测量法、摄影测量法、SAR/InSAR测量法和LiDAR测量法，其中后3种方法应用于海岸线测量时其核心技术是海岸线提取(为方便读者后面阅读，这里进行说明)。LiDAR技术是继GPS技术以来在测绘领域内的又一场技术革命。从本世纪初开始，美国利用了约十年时间开发、测试和完善了基于LiDAR技术的海岸带测绘程序，海岸线提取结果符合相关国际标准的要求。

本文对比分析了当前海岸线测量的方法的优缺点，重点阐述了LiDAR技术用于我国海岸线测量的可行性与必要性。

二、我国海岸线传统测量

长期以来，我国海岸线测量主要采用光学仪器或卫星定位测量等实地测量的传统模式，针对该方法的特点并结合我国海岸类型情况，海岸线传统测量现状具有以下特点。

⑴不同测量人员因判别经验不同导致对痕迹线位置的判断有一定差异，同一测量人员在不同时刻观测同一痕迹线时位置也有差异。因此，人工量测痕迹线的误差可能很大，且难以被量化；⑵我国基岩岸线和淤泥质岸线分别占海岸线总数的38.75％和5.61％，这两种岸线由于特殊的地质构造，传统测量法施测困难，且在测量时具有极大的危险性；⑶实地测量法在采集大范围数据时费时费力，难以满足地理信息产业对数据快速采集及更新需求。

三、基于LiDAR技术海岸线提取方法

目前LiDAR技术提取海岸线主要有两种方法：交叉海岸剖面法和等值线追踪法。

⒈交叉海岸剖面法

Stockdon等提出的交叉海岸剖面法提取海岸线，其流程见图1，该方法提取的海岸线精度取决于海岸剖面数N，N越大则提取的海岸线与实际海岸线越吻合，因此存在计算量大的缺点，其实用性不高。

图1交叉海岸剖面法流程图

⒉等值线追踪法

Robertson等将等值线追踪法提取的海岸线与高分辨率影像提取的海岸线做了对比分析，结果显示机载LiDAR技术比摄影测量技术提取的海岸线更精确；美国国家大地测量局(NGS)采用等值线追踪法提取海岸线，这也是当前LiDAR技术提取海岸线的主流方法，其核心流程见图2。

图2等值线追踪法流程图

由于受地形条件影响，等值线追踪法提取的海岸线过于破碎和曲折，这增加了后期数据处理的工作量。

于彩霞、张良等在等值线追踪法的基础上对海岸线进行了平滑，但平滑过程中不可避免的会降低提取精度且步骤相对繁琐，若要提取多种潮汐基准面等值线时，需重复将海岸带DEM或点云数据转化为水陆二值图像，降低了作业效率。

四、LiDAR技术海岸线测量优势及技术比较

从美国国家大地测量局(NGS)海岸线产品数据源中可以看出(图3)，可见光影像是其海岸线资料更新的主要数据来源。目前LiDAR技术无法完全取代摄影测量技术，但大量国内外研究表明，除极为平缓的淤泥质岸滩处，LiDAR技术适用于所有类型岸线的提取，本文对几种提取海岸线的技术手段进行了对比。

图3NGS海岸线产品数据源构成示意图

⒈LiDAR技术与SAR/InSAR技术对比

20世纪90年代以来，大量学者利用SAR影像对海岸线提取进行了研究，如：Lee等提出的边界追踪算法；Malladi等提出的水平截集法等分别实现了对瞬时水边线的提取；王志勇等利用InSAR影像构建了海岛DEM及瞬时水边线。该方法提取的皆为瞬时水边线，其只能在精度要求不高的情况下作为海岸线的替代产品，且相对于其他技术手段而言，SAR/InSAR的定位精度不高。

SAR/InSAR作为主动式遥感探测技术，与LiDAR技术有一定相似性，主要区别表现如下。

⑴LiDAR技术与SAR/InSAR技术相比具有更强的穿透力，在植被茂密地区和近海浅水区的地形测量方面具有更大优势；

⑵LiDAR技术直接获取目标的空间位置、回波强度等信息，且自动化程度较高，而SAR/InSAR影像在实际应用中存在影像覆盖范围大、地面控制点布设困难、数据解译困难以及数据后期处理成本高等问题；

⑶SAR/InSAR影像在地形复杂区域存在阴影和层叠现象，导致地形数据缺失，而LiDAR技术不受阴影影响且其生成的产品具有更高的精度；

⑷SAR/InSAR技术能在偏远易受云雾遮挡地区获得高分辨率影像数据，且其获取数据效率更高，在大范围地形变化监测方面更有优势。

⒉LiDAR技术与摄影测量技术对比

美国国家大地测量局(NGS)测绘海岸线的主要方式是在数字摄影测量系统立体模式下利用潮汐数据进行采集的人工提取法，从本质上分析，该方法是实地测量法在遥感影像上的另一种实现。李传龙等、申家双等分别利用计算机自动解译法提取了海岸线，但该方法多为提取瞬时水边线或在其基础上进行了位置改正，未考虑瞬时水边线位置具有不确定性的特点，存在提取方法不通用且精度受限于影像分辨率的问题。

LiDAR技术和摄影测量技术在某些方面具有相似性，如两者皆需要GPS/IMS和摄影测量传感器；采集数据时都会受到天气影响；都能满足大比例尺地形测量精度要求，LiDAR技术与摄影测量技术主要区别见表1。

表1摄影测量技术与LiDAR技术对比

LiDAR技术能与摄影测量技术优势互补，其无需布控、定向等复杂处理过程，在效率、精度和成本上得到的新突破为海岸线严谨与客观测绘提供了契机。

五、不同类型LiDAR系统应用于海洋测量的技术特性分析

根据测绘领域所

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