[科普中國]-海岸圖

海岸帶

海岸帶是陸地與海洋相互作用、相互交界的地帶，其范圍是指自海岸向陸延伸10km的陸地，向海至-10～-15等深線的淺海狹長地帶。我國海岸帶是一條從南到北的狹長地帶，帶內有較多的大、中城市、港口、工業(yè)基地和水陸運輸系統(tǒng)，由于歷史上經濟發(fā)展所留下的不同痕跡，使得海岸帶具有復雜、多樣化的地物、地形。另外，海岸帶對國土的界限劃定尤為重要，2002年起，國家海洋局展開了全國海域劃界工作2。

沿海地帶對人類活動具有一種特殊的吸引力，不僅是因為其資源豐富和環(huán)境優(yōu)美，更重要的是它可作為世界經濟聯(lián)系的窗口和各國友好往來的大門。據有關專家分析和統(tǒng)計，在全世界45萬公里長，平均寬度為80公里的海岸狹長地帶〔總面積約1813萬平方公里)內聚居著全球近2/3左右的人日。近年來，隨著港口城市的興起，臨海大規(guī)模工貿業(yè)基地的建立，海洋資源開發(fā)的產業(yè)化和旅游業(yè)、療養(yǎng)業(yè)需求的增加，未來世界人口仍然有向沿海地區(qū)集中和遷移的趨勢。就我國來說，沿海n個省市的人口已占全國總人口的40%以上，耕地面積為全國總數(shù)的32%，工農業(yè)總產值達全國的50%。因而如何合理開發(fā)利用海岸帶自然資源，控制人口和城市發(fā)展規(guī)模，保護沿海生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)已成為當務之急，而衛(wèi)星遙感是監(jiān)測沿海資源環(huán)境和進行海岸帶規(guī)劃、決策與管理的有效手段3。

海岸圖的研究意義海岸帶是影響人類活動的重要地帶，海岸圖能夠詳細表示出海岸帶的特性。隨著海洋經濟的發(fā)展，海岸圖的需求日益增加2。

海岸圖是以描繪海岸帶為主的海圖，比例尺一般為1:5萬。它是沿海的詳圖，詳細表示屬于海岸帶的干出灘類型、性質、特點及沿岸海底地形。在航海上，它用作船舶在沿岸和復雜水道航行時的參考；在軍事上，除了用于登陸、抗登陸以外，還可用于沿岸布掃水雷、障礙等；在經濟上，它用于研究海岸帶的開發(fā)和利用。海岸地帶的經濟建設與開發(fā)，使其地形不斷發(fā)生變化，已測地圖陳舊程度逐漸增加，使用價值隨之降低。因此，需對海岸圖更新。海岸帶的自然條件造成了實地測圖的困難性，需要消耗大量的人力財力。用遙感衛(wèi)星影像和gps作為主要數(shù)據源進行測圖可以解決這一問題。但是這又帶來了一系列的新問題:如何高效使用新技術手段獲取更多制圖信息，如何用新方法處理、提取、分析信息，用新媒體分發(fā)地圖等等2。

海岸圖的編繪地圖的載體有不同的介質，最常見的是紙與屏幕，它們有共同的構成要素，即圖形要素、數(shù)學要素、輔助要素及補充說明。圖形要素是地圖所表示內容的主體。而數(shù)學要素是保證地圖具有可量性、可比性的基礎。它主要包括地圖投影、坐標系統(tǒng)、比例尺、控制點等2。

地圖投影的選擇問題地圖投影是用一定的數(shù)學方法建立平面上的點(用平面直角坐標或極坐標表示)和地球表面上的點(用緯度和經度表示)之間的函數(shù)關系。地圖投影是地圖數(shù)學基礎中的重要組成部分，它是將地球橢球面上的景物科學、準確地轉繪到平面圖之上的控制骨架和定位依據。地圖投影不同會產生不同的地圖變形，所以投影的選擇正確與否會影響地圖的表現(xiàn)精度。地圖投影選擇的主要依據有:地圖內容和用途，地圖的比例尺，制圖區(qū)域的大小、形狀、位置，地圖的出版方式，地圖內容轉繪和圖面配置等等。

海岸帶是海陸相交的特殊地帶，海岸圖投影的選擇有別于其他地圖的投影選擇。以我國海岸為例，陸地投影使用的是高斯—克呂格投影;海洋投影從航海的角度出發(fā)大多使用的是墨卡托投影。在海岸帶測圖時，需要考慮這兩種投影系統(tǒng)的轉換，否則陸圖和海圖不能銜接。

隨著海洋經濟在國民經濟中重要性的提高，海岸圖的投影選擇又出現(xiàn)了新問題。用于經濟用途的大比例尺海岸專題圖的需求日益增加，這些專題圖對面積變形要求高，要有最小的變形、最準確的面積。使用哪種投影才能最大程度滿足這些要求，是海岸圖投影的下一步研究內容2。

坐標系轉換問題我國坐標系原為1954年北京坐標系，采用克拉夫斯基橢球體。它是由前蘇聯(lián)西伯利亞地區(qū)的一等網，經東北的呼瑪、吉拉林和東林三個基線網，將我國的一等網與前蘇聯(lián)的大地網聯(lián)結，通過以角度為觀測值，在高斯平面上進行平差后，將前蘇聯(lián)的1942年普爾科夫坐標系的坐標延伸到我國。但是1954年北京坐標系相對應的橢球參數(shù)不夠精確，其橢球面與我國大地水準面差距較大，在東部經濟發(fā)達地區(qū)差距高達60余m，因而我國在1978年建立了新的大地坐標系即1980年西安大地坐標系。但由于原測量數(shù)據仍是54坐標系，為了數(shù)據的統(tǒng)一性，需對坐標系進行轉換。制作海岸圖時，采集原始數(shù)據時不可避免遇到坐標系統(tǒng)一問題，而在制作成果圖時也會碰到這一問題。例如：現(xiàn)有的江蘇海岸帶地形圖等相關地圖使用的大多為54坐標系，在海域勘界中最后的成果圖要求使用80坐標系。

研究不同大地坐標系間的坐標轉換問題，主要是研究不同的空間直角坐標系的坐標轉換問題。不同大地坐標系間的坐標轉換，在實際應用中具有重要的意義。主要有3種模型用于該轉換:布爾莎模型、莫洛金斯模型、武測模型，目前廣泛采用的是布爾莎模型2。

比例尺對海岸圖編繪的影響比例尺表示地圖圖形相對于地面實體的整體縮小程度。比例尺決定著地圖圖形的大小、地圖的測制精度和地圖內容的詳細程度。在海岸圖繪制中有關比例尺的問題有如下幾方面：

(1)數(shù)據源對比例尺精度的影響現(xiàn)階段繪圖的數(shù)據來源主要有：地形圖、衛(wèi)星遙感影像、GPS測量數(shù)據等。使用不同的數(shù)據源對成品圖的精度有不同的影響：地形圖是測繪基本圖件，比例尺為1：50000，精度較高，但數(shù)據陳舊，不能滿足制圖需要；衛(wèi)星遙感影像是近年來制圖的主要數(shù)據源，有較好的時相性，但一方面遙感影像價位較高，另一方面，衛(wèi)星遙感影像分辨率與地圖比例尺的關系尚未有較準確的結果；GPS由于技術問題，現(xiàn)階段的測量精度不足以用作精確地圖的測繪，但是其應用前景樂觀。

(2)比例尺大小對地圖表現(xiàn)力度的影響比例尺不同對地圖的表現(xiàn)力有不同的影響。大比例尺地圖覆蓋較小的區(qū)域面積，包含更細致的信息；相反小比例尺地圖覆蓋較大區(qū)域，包含較小的細節(jié)。現(xiàn)階段科研的發(fā)展對基礎數(shù)據量提出了較高要求：需要從海岸圖上獲得盡可能多的信息量，相應大比例尺地圖的需求增加。如何提取盡可能多的信息數(shù)據，如何有效使用有限數(shù)據源編繪信息豐富的大比例尺地圖成為海岸圖研究的一個重要方向。

(3)不同比例尺數(shù)據源的匹配在編繪海岸圖過程中，常需要對不同比例尺數(shù)據源進行匹配，互相支持。出現(xiàn)原因之一是由于資料的局限性，某一地區(qū)同一比例尺基礎地圖(如1：5萬地形圖)覆蓋不完整，這就需要用現(xiàn)有的不同比例尺的其它數(shù)據補充。另一種情況是由于資料的時限性，地區(qū)發(fā)展迅速，原有地圖無法顯示近期的地區(qū)變化(如居名點、道路、橋梁及人工河流等變化很大)，這就需要用最新出版的相關地圖作為增加，其中自然會遇到比例尺不同的問題2。

控制點的確定控制點是在地面上運用精密測量的方法，獲得對平面與高程位置的精度具有控制意義的點位。如天文點、三角點、導線點、水準點等。這些點位所具有的平面坐標值及高程，是直接測量地圖的依據。在用遙感影像作為數(shù)據源繪制海岸地圖時，由于遙感影像數(shù)據存在幾何變形，需要作遙感影像相對于地面坐標的配準校正。遙感影像地理匹配的精確度直接取決于控制點選取的合理性?？刂泣c對匹配精度影響主要是由控制點精度、分布和數(shù)量決定。因此選擇控制點的步驟為：首先要在參考資源數(shù)據中選擇那些標志明顯、容易辨認的控制點，如典型地物及人工建筑物，如基巖岬角、巖礁，古樹，道路拐角，交岔點、房屋以及束流堤等；這些控制點分布盡可能均勻，圖像邊緣部分一定要選取控制點，以避免外推，此外，盡可能滿幅均勻選取；控制點數(shù)量不少于校正模型所需控制點最少數(shù)目，如校正模型為n次，則控制點數(shù)最少為(n+1)*(n+2)/2?？刂泣c的數(shù)量、類型與分布隨研究區(qū)自然環(huán)境的差異而不相同，一般來說控制點以隨機分布為佳2。

海岸帶遙感圖的研究海岸帶遙感就是把遙感技術應用到海岸帶資源環(huán)境調查中，它伴隨著遙感技術的發(fā)展而不斷發(fā)展和完善。第二次世界大戰(zhàn)期間，在河口海岸的調查中首先使用了航空攝影遙感；二二十世紀五十年代，美國在大規(guī)模的灣流考察中，第一次使用了飛機和調查船協(xié)同調查，逐步建立和完善了航空遙感海洋調查的理淪和方法；進入二十世紀六十年代，航天遙感技術開始興起，它是在航天技術、計算機技術、傳感器技術等的推動下發(fā)展起來的，從此科學家們進入了宇宙空間研究海岸帶的新紀元。目前遙感技術在海岸帶的主要研究方向有：①河口海岸變遷研究，②三角洲規(guī)劃與河口治理，③海岸工程選址，④潮灘資源及生態(tài)調查，⑤海島開發(fā)與近海漁業(yè)，⑥海洋災害監(jiān)測，⑦海岸帶管理等3。

2002年中國第一顆用于海洋水色探測的衛(wèi)星—海洋一號（HY一1A）衛(wèi)星的成功發(fā)射與數(shù)據的接收處理，結束了中國沒有海洋衛(wèi)星的歷史，標志著我國海洋衛(wèi)星遙感與應用技術邁入了一個嶄新的階段。HY一1A衛(wèi)星數(shù)據將在海洋監(jiān)測與保護、海洋漁業(yè)資源開發(fā)與利用、河口港灣建設與治理、海岸帶資源調查與開發(fā)和可持續(xù)利用、海洋防災減災、維護海洋權益、海洋綜合管理以及海洋科學研究等方面發(fā)揮作用3。

自1972年7月23日美國發(fā)射第一顆陸地衛(wèi)星（Landsat-1）以來，海岸帶衛(wèi)星遙感已在多方面應用，并取得一定的社會和經濟效益。世界各國己經利用衛(wèi)星遙感影像進行海岸帶的制圖、資源分析等研究，如：美國利用陸地衛(wèi)星彩色合成圖像對海濱沼澤的植被類型及生物量進行調查；菲律賓及馬來西亞利用美國陸地衛(wèi)星TM圖像及法國SPOT衛(wèi)星圖像對南中國海域的珊瑚礁進行分類和制圖，并依此對航運及漁業(yè)生產進行指導；為保護熱帶海洋島國的珊瑚礁資源，法國科學家利用SPOT衛(wèi)星資料中的綠、紅及紅外三個波段的信息，對南太平洋新喀里多尼亞群島的珊瑚島群進行地形監(jiān)測和對活珊瑚生長情況進行定量評價和分布面積統(tǒng)計；南朝鮮利用陸地衛(wèi)星TM圖像多波段色度法勾劃出沿岸赤潮出現(xiàn)的范圍3。

我國在1997一1998年開展了海岸地形航空攝影測量技術研究，首次利用航空攝影測量的方法測制出6幅1:10000海岸帶地形圖的實驗樣圖。吳家乃學者研究了遙感影像在海岸帶測圖中的應用，認為盡管遙感測圖工作受到許多條件的限制，但遙感技術在海岸帶測圖中的應用已展示了可喜的前景。特別是分辨率的提高，還增加了入水性更強的TM波段，完全有可能滿足1/50000圖件的測值精度3。