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砂質(zhì)海灘是濱海旅游的重要載體，對海岸線的侵蝕防護也有著不可估量的作用。但在密集的人類活動影響下，我國砂質(zhì)岸線的侵蝕情況不容忽視。我國近海海洋綜合調(diào)查與評價專項成果調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全國3200km的侵蝕岸段中，砂質(zhì)海岸有2400km；全國49.5％的砂質(zhì)海岸處于侵蝕狀態(tài)，海灘破壞和退化相當嚴重。

為提升沙灘穩(wěn)定性和防護能力，恢復砂質(zhì)海岸生境，可采取沙灘養(yǎng)護技術(shù)進行人工干預。通過人工補沙修復，并輔以構(gòu)筑物建設，營造適合沙灘養(yǎng)護的人工岬角，以維持、修復或重塑海灘功能。沙灘養(yǎng)護技術(shù)不僅能有效保護海岸免受侵蝕，降低海岸帶風暴潮災害，還能在改善海岸環(huán)境、發(fā)展旅游業(yè)方面發(fā)揮巨大作用，在我國沿海省市，以及美國、歐洲、澳大利亞等發(fā)達國家均得到廣泛應用。據(jù)統(tǒng)計，截至2019年8月，我國已完成或正在進行的海灘養(yǎng)護工程共97項，分布于全國35個城市，修復岸線總長超過120km。

海灘養(yǎng)護是一個系統(tǒng)的、動態(tài)的過程，需要有完整的監(jiān)測體系作為支撐。通過長期的地形變化監(jiān)測，對沙灘修復工程前后進行比較，是判斷修復是否達到預期效果的直接依據(jù)。目前，沙灘監(jiān)測的常規(guī)方法是使用全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）的實時動態(tài)（RTK）技術(shù)進行典型剖面測量獲取三維坐標。

這一方法測量精度高、操作簡單，但周期性長，難以全面覆蓋測區(qū)，信號較差地方的數(shù)據(jù)采集問題較為困難，且海岸帶具有潮漲潮落的特性，要求測量工作在較短時間內(nèi)完成，因此傳統(tǒng)的測量方法存在一定的局限性。

隨著近年來無人機（UAV）及三維激光掃描技術(shù)的日益成熟，采用新技術(shù)開展沙灘剖面動態(tài)監(jiān)測逐步得到推廣。無人機攝影及三維激光掃描技術(shù)在地形監(jiān)測中具有高效、直觀等優(yōu)勢，但受外界因素影響較大，監(jiān)測精度有待檢驗。在實踐中，應用不同技術(shù)開展沙灘剖面測量，并通過測量結(jié)果的優(yōu)勢互補，對快速、有效、全面了解沙灘剖面變化形態(tài)，具有重要的現(xiàn)實意義。

本研究以廈門天泉灣沙灘養(yǎng)護工程為研究對象，采用GNSS RTK接收機實地測量、無人機航攝、三維激光掃描儀掃測3種手段，分別獲取沙灘三維地形數(shù)據(jù)，通過測量數(shù)據(jù)的比對，分析不同手段在沙灘剖面監(jiān)測中的測量精度，并提出改進的設想，為新型監(jiān)測方法在沙灘監(jiān)測中的應用提供實踐參考。 

一、材料與方法

⒈研究區(qū)概況

研究區(qū)（廈門天泉灣岸段）位于廈門島南側(cè)（圖1），是強侵蝕岸段。2014年6月采用差異性填砂技術(shù)，選擇粒徑為10cm左右的卵石進行修復，構(gòu)建了我國首個卵石養(yǎng)灘工程。工程全長約1km，通過優(yōu)化剖面設計，在西側(cè)營造長300m的沙灘，東側(cè)營造長700m的礫石灘，運用大粒徑卵石設計穩(wěn)定海灘消能剖面，有效降低海岸泥沙輸運的速率，提升海灘穩(wěn)定性。 

圖1 研究區(qū)地理位置示意圖

研究區(qū)屬于正規(guī)半日潮區(qū)，年平均海平面為0.35m，歷年最高潮位為4.47m，歷年最低潮位為－3.58m，多年平均大潮高潮位為3.81m。多年平均潮差為4.10m，歷年最大潮差達到6.92m，漲潮平均歷時為6h9min，落潮平均歷時為6h16min。

⒉數(shù)據(jù)獲取與處理

本研究利用GNSS RTK接收機、無人機及三維激光掃描儀對研究區(qū)進行測量。其中無人機及三維激光掃描儀進行全覆蓋測量，GNSS RTK人工實測5條剖面共40個測點。

⑴GNSS RTK實地測量

GNSS RTK剖面測量采用華星A12型RTK連接福建省連續(xù)運行衛(wèi)星定位導航服務系統(tǒng)（CORS）。華星A12型RTK的定位精度為水平±（8＋1×10-6×D）mm，垂直±（15＋1×10-6×D）mm；福建省CORS的精度為水平±20mm，垂直±50mm。

在研究區(qū)的兩側(cè)及中間共布設5個控制點，測量控制點并進行點校正。控制點采用CGCS2000坐標系，高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準。在采集控制點時將GNSS RTK接收機架設在三腳架對中裝置上進行平滑采集，平滑次數(shù)設為10次，求取平均值得到控制點坐標。使用對中設備并進行點位平滑處理可盡量減少控制測量誤差，也為無人機及掃描儀數(shù)據(jù)降低初差，控制點的平面精度誤差為0.02m，高程精度誤差為0.05m。

 圖2 沙灘剖面人工測量點位置圖

人工測量布設5條垂直岸線走向的典型剖面，剖面長約40～60m，相鄰剖面距離在90～160m之間，每條剖面布置8個測量點，剖面1測量點間距為6m，其他剖面相鄰測量點間距為8m。選擇低潮位時段進行測量，獲取平面坐標及高程數(shù)據(jù)。沙灘剖面人工測量點位置見圖2。

⑵無人機航測

無人機低空遙感技術(shù)是近年來在遙感技術(shù)基礎上迅速發(fā)展起來的地理信息數(shù)據(jù)快速獲取技術(shù)，該技術(shù)利用無人飛機平臺搭載航空數(shù)碼相機進行航空攝影，采用慣性測量單元（IMU）/全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)自動導航，在1000m以下進行低空作業(yè)。無人機航測技術(shù)基于多視影像的地表同名點坐標實現(xiàn)密集匹配，進而快速獲取三維數(shù)據(jù)，能有效克服地面建筑和復雜地形的限制干擾。

無人機質(zhì)量通常較輕，飛行姿態(tài)一旦受氣流影響，容易產(chǎn)生攝影傾斜，導致像點位移和地形起伏變化產(chǎn)生投影差，直接影響成圖精度。無人機測量精度的誤差主要與機載激光測距傳感器姿態(tài)精度、無人機飛行高度和飛行速度等相關(guān)，通過選擇最適合航飛天氣、溫度、云量等環(huán)境條件作業(yè)，提高采樣頻率、優(yōu)化傳感器姿態(tài)穩(wěn)定精度，可以進一步提升測量平面和高程精度，以適應精細地形測量的要求。