基于ArcGIS®Modelbuilder和空中照片衡量海岸撤退和推进：法国北部外文翻译资料

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基于ArcGISreg;Modelbuilder和空中照片衡量海岸撤退和推进：法国北部

摘要

Chaaban,F.; Darwishe,H. ;Battiau-Queney,Y.; Louche,B.;Masson, E.; El Khattabi, J., and Carlier, E., 2012.使用ArcGIS Modelbuilder和空中照片衡量海岸撤退和推进：法国北部。沿海研究学报，28(6), 1567-1579.椰子溪（佛罗里达）, ISSN 0749-020。

随着时间的推移，沿海地区发生自然的动态变化。当海岸线向内移动时，海岸侵蚀成为严重问题，必须计算出变化率。海岸退缩是海岸侵蚀的最佳指标之一。在这里，地理信息系统（GIS）平台（ArcGIS * 9.3.1; Esri软件）用于研究法国北部Hardelot-lage和Sainte Ceacute;cile-Plage（一条南北长达14公里的海滩）的长期（最近59年）海岸线变化。这项研究的主要目的是开发一种使用ArcGIS Model Builder和航空照片计算海岸线变化的方法。在59年的14个海岸线的变化（从1946年到2005年）在ArcGIS 9.3.1平台中进行了数字化和表示。使用垂直于海岸线的二百九十二个横断面来估计海岸侵蚀，并推断出经济衰退的速度。

在这项工作中创建和使用的Modelbuilders（两个模型）是可用于地理处理线性特征的通用模型。其中一个模型可用于确定线性特征（横断面和海岸线）之间的交点，在属性表中添加一个新的字段并计算交点的几何形状。在本次基准线（与一系列的岸线位置相邻）和海岸线的研究中，可以在第二个模型的属性表中添加一个新的字段，计算线性参考特征之间的横断面线上的距离和其他线性特征。结果表明，1947年至2005年沿Hardelot和SainteCeacute;cile海岸的海岸线变化率一般为负数; 82.2％的横断面具有小于零（即撤退）和误差范围（plusmn;10 m）之外的值。然而，海岸线的变化显示了同一时期的进步和撤退的连续阶段。

关键字：GIS 海岸线变化 ArcGIS Modelbuilder 航空照片 沿海侵蚀 线性特征 法国北部

介绍

海岸侵蚀在全世界越来越受到关注（Bartlett和Smith，2005）。 这是由自然力量如潮流，波浪，风暴潮和风，以及人为发展（Heo，Kim和Kim，2009; Paskoff，1998）引起的。这是一个对沿海旅游和可持续发展具有经济效益影响的全球性问题。沿海变化被认为是环境指标，更重要的是考虑到它们的直接影响沿海经济发展和土地管理（Stokkom，Stokman和Hovenier，1993）。海岸线变化可以作为可能的海岸侵蚀的良好指标。描述海岸线侵蚀的最佳指标是海岸退缩率（Heo，Kim，and Kim，2009）。

DOI：10.2112 fJCOASTRES-D-11-00054.1于2011年3月16日收到;

2011年10月24日修订。

2012年2月1日发布。

copy;海岸教育研究基金会201

一些科学家研究了海岸侵蚀（Dolan和Vincent，1972; Dolan等，1979; Stafford和Langfelder，1971; Zhang，Douglas和Leatherman，2004）。 已经提出了许多方法来衡量沿海撤退。 其中包括（i）基线方法（Dolan，Hayden和Heywood，1978）; （ii）动态分割方法（Liu，1998; Li，Liu，and Felus，2001; Srivastava et al，2005）; （iii）分居法（Ali，2003）; 和（iv）缓冲和非线性最小二乘估计方法（Heo，Kim和Kim，2009）。

基线方法（也称为横断面方法）由多伦·海登（Dolan Hayden）和Heywood（1978）提出。 在该方法中，选择与海岸线近似平行的基线，则可以通过测量横断面线的正交偏移来计算撤退的程度。 这种方法是受欢迎的，并被用于许多关于海岸线撤退的研究（Hardaway等人，2001; Stewart，1994）。

20世纪70年代出现了一种水文信息系统，并在20世纪90年代被用于研究进化演化（Leatherman，2003）。整合海岸线位置的各种数据（航空图像，卫星图像，测量差分格栅定位系统，地图等），以便创建，分析和绘制数据（ArmaroH et al，2006; Byrnes and Hjland，1995 ;（icirc;orman，Morang，Larson，1998; McBride，Bjones和Hiland，1995; McBride等，1992; Moore，2000）。

本文件的目的是开发一种基于法国北部Hardelot-Plage和SainteCeacute;cile-Plage地区的海岸线延伸测量的基线方法。使用这种方法，使用ArcGISreg;9.3平台定义并表示在59年内连续14个连续海岸线的变化。本研究重点关注Hardelot-Plage和SainteCeacute;cile-Plage（图1），其中与海滩相关的沿海沙丘描绘海岸线。

研究领域和资料来源

学习区

我们的研究涉及到法国北部-加来海峡地区的Hardelot-Plage和SainteCeacute;cile-Plage地区（图1）。这两个区的海岸线长约14公里。拟议的方法旨在衡量海岸线的变化。

海岸线资料来源

用于生产海岸线变换图的主要数据来源是地图，航空照片，Emd GPS测量（Crowell，Leatherman和Ouglas，2005）。使用几个空中任务来进行这项工作：最早的可追溯到1946年和2005年的最近一次。最终，这项工作是在14个不同的数据集上进行的：1946年，1947年，1955年，1963年，1976年，1980年， 1983年，1987年，1989年，1995年，1997年，2000年和2005年（表1）。 他们完全来自法国国家绘画研究所，除了2005年，来自法国北加来海峡地区的Plateforme Puhlique de lInformationGeacute;ographique（PPIGE）。

方法和工具

图2总结了测量海岸线变化的方法。它包括：（1）数据准备;（2）数据创建;（3）海岸线变化测量。

数据准备

这个阶段的目标是选择法国扩展Lamhert II系统，根据以下三种不同的分辨率扫描航空照片800（1976），1000（1989，1995）和1500像素（1946,1947,1955,1963,1971,1979,1983,1997,2000） 航空摄影规模和已经地理参考的摄影分辨率（PPIGE 2005：0.5米分辨率的地理参考正射影像）将地理参考图像添加到ArcGIS 9.3.1平台中，以便所有数据可以正确对齐，以确保最准确地确定海岸线运动。

地理信息系统的数据必须用通用坐标系进行地理参考或记录，以使其有用。 ArcGIS使用多项式方法校正航空照片; 这种方法可以对整个航空照片进行整改。良好整改的难点在于地面控制点（GCP）的选择; GCP必须按时间进行固定，对照片进行查看，并均匀分布在整个图像上以限制失真效应。

一系列GCP，例如道路交叉路口，建筑物角落，德国掩体等，被用于法国扩展Lamhert II系统的航空照片的参考。在这项研究中，每张照片上至少有10个地标。 靠近海岸线，最好的地标是德国掩体，只要它们完好无损（Battiau-Queney等，2003），但是很少，分布不均匀。 两张或多张照片共同的可识别的地标，但不是地面控制，是补充的，并用于将照片引用给彼此（Coyne，Fletcher和Richmond，1999）。 航空照片地理参考中获得的均方根误差（RMSE）在0.2和1 m之间变化。

一旦航空照片被地理参考，一个时期里，可以从不同的地理参考图像创建一个马赛克。然后，从这个地理参考的数据，海岸线可以数字化和叠加，海岸线变化，并且衰退速率可以沿垂直于海岸线，可以使用DSAS（数字海岸线分析系统，Thieler和Danforth，1994），ASAP（自动海岸线分析程序，Byrnes和Hiland，1994）等特殊程序自动执行横断面和变化措施（Faye，2010）或BeachTools（Hoeke，Zarillo和Synder，2001），或者通过ArcGIS 9.3.1或其他GIS的工具和模块实施一系列处理。

数据创建

ArcGIS 9.3.1用于创建和操作数据。所有创建的数据都存储在地理数据库中。创建了一个要素数据集，将具有相同坐标系的要素类（海岸线）（法语扩展Lambert 11系统）分组到该地理数据库中。在要素数据集中创建的新要素类具有线几何类型。ArcCatalog（ArcGIS 9.3.1平台）中创建了地理数据库，要素数据集和要素类（图3a）：每个海岸线的一个要素类。除此之外，还创建了另外两个要素类，一个用于基线，另一个用于横截面，也是线几何类型。

传统上，垂直于海岸线的横断面用于估计海岸侵蚀并推断退缩率。一旦详细阐述和验证了数据，海岸线就被数字化了。在所有海岸线的高地一侧构建平行于海岸线总体趋势的基线，为切割作业提供起点，分为均质亚基（50m）。另外，从基线开始的正交取向的横断面被数字化，并从北向南编号。

海岸线数字化

海岸线参考

海岸线参考的选择是海岸线测绘的主要考虑因素。这个海岸线参考（海岸线指标）必须被确定以确定海岸线侵蚀。根据艾瑟曼（2003），重要的是在现场和航空照片上容易识别出指标.Crowell，Leatherman和Douglas（2005）已经显示侵蚀参考特征通常是悬崖的顶部边缘，沙丘悬崖，植被线或海滩陡峭的顶部边缘。前海脚也是海岸线侵蚀研究的参考线（Guillen，Stive，Capobianco，1999）;相比之下，在照片上，不容易区分斜坡和胚胎沙丘的断裂（Battiau-Queney等，2003）。解释必须在现场进行检查，但这仅适用于最近的照片或立体视觉。如果没有这些照片，则常常使用高水线（HWL）。在这项研究中，我们将海岸线定义为前行，因为区分HWL是不容易的。

数字化海岸线

沿着研究区海滩，有五种海岸线类型（图4a-e）。（i）Hardelot-Plage堤坝，700米;（ii）Rip-Rap：Hardelot-Plage，1150米，建于1980年之后，SainteCeacute;cilePlage，1980年后建成600米，1990年后建成800米;（iii）胚胎沙丘; （iv）初期沙丘;和（v）沙丘悬崖。

一旦数据（航空照片）被地理参考为法国扩展Lambert II系统通用格式，则海岸线可以使用ArcGIS 9.3.1进行数字化和覆盖（图3h）

ArcGIS中的地理处理

在这个阶段，执行地理处理，以便测量基线（这里称为参考文献1）和每个横断面处的海岸线之间的距离（参考文献2）。图5表示一个概念模拟，并显示了基线（参考文献1），横断面（参考文献2），两个线性特征（两条海岸线）和特征。ArcGIS Modelbuilder可用于确定海岸线和横断面之间的交点，用于计算交点几何（点几何X，Y），并用于测量海岸线退缩/前进，特别是如果分析的海岸线数量较多。

创建Modelbuilder有两种基本的模式。一个是允许探索性工作执行的应用程序。另一个作为一个应用程序，我们构建可以重用和共享的通用工具。在这项工作中创建和使用的Modelbuilders（两个模型）是可用于地理处理线性特征的通用模型。一个模型用于确定横断面和海岸线之间的交点，向属性表添加一个新的场并计算交点的几何形状（图6a和b）。第二个模型是需要向属性表添加新字段，并计算Ref 1和海岸线之间的横断面线上的距离（图6c和d）。

误差界限

所提出的方法产生与所使用的数据质量，图像的地理参考以及海岸线识别相关的许多错误。这些错误必须在图表和结果解释中进行估算和考虑（Crowel

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