海岸带是海洋和陆地相互作用的地带，是人类的主要居住地之一，集中了世界上半数以上的城市和人口。海岸带的变化直接影响到人类的生活质量和生存发展。海岸侵蚀目前已经成为全球普遍存在的一种自然灾害，全球70%的沙质岸线遭受着侵蚀后退的威胁^[1]；海岸侵蚀会引发一系列的灾难性后果，如沿海各类建筑、公共设施被冲毁，码头被破坏，沿居民的生活受到威胁。因此，研究海岸侵蚀的方法、过程和海岸变化规律并进行海岸侵蚀预警和防护已成为各沿海国家的重点工作之一。

国内外的海岸带监测方法研究大致分为4个阶段：20世纪40—50年代前期是海岸带监测研究的第1阶段，由于监测设备落后，研究方法主要以静态描述为主。20世纪50年代后期开始为海岸带监测研究的第2阶段, 美国海岸工程研究中心(CRRC)发明了试验量化的方法来研究海滩地形变化，通过模拟泥沙颗粒粒直径大小、岸滩剖面坡度、波浪高度等数据来建立实验方程，并预测岸滩对海洋动力的响应。试验量化的方法是以经验数据来分析海岸的变化过程，后期许多研究人员在此基础上不断进行改进^[2-4]。20世纪70年代以后，海岸带监测测研究进入第3阶段, 随着海岸理论的发展，地形动力学和地貌动力学开始应用于海岸侵蚀的研究。Wright等^[5-6]用此方法进行了在澳大利亚海岸进行了实际的海岸监测研究，取得了很好的效果。该方法在此后一段时间成为研究海岸动态变化监测的主要方法，后来随着海岸研究的深入，研究人员发现，该方法在短期海岸变化的研究中效果较好，但很难应用到长期的海岸变化研究中。近30年以来，随着GIS技术、遥感技术的不断发展，其快速、实时、覆盖范围广等特点广泛应用于岸线演变研究中，海岸带监测研究正式进入第4阶段。张慧霞等^[7]基于RS，GIS技术和统计分析方法，利用2000、2006年东莞市ETM和SPOT遥感影像数据，分析了东莞市海岸带土地利用变化对土地生态系统造成的风险; 谢宏全等^[8]利用3期TM/ETM遥感影像(1987年、2000年、2009年)，采用目视解译方法获取连云港海岸带土地利用/覆盖变化的数据并对其结构变化和景观格局变化进行详细分析。Blodget等^[9]对尼罗河三角洲岸线的卫星影像进行了分析，总结了岸线的演变情况。田会波等^[10-11]通过4年的实地观测对海南万宁的海岸线变化数据进行了对比研究，总结了岸线变化的基本规律。

从海岸侵蚀的时空变化角度进行海岸动态侵蚀研究，主要分为3类。①小尺度海岸侵蚀：岸滩对风暴浪的响应；②中尺度海岸侵蚀：岸滩剖面年际变化；③大尺度海岸侵蚀：近岸水动力长期作用下海岸线形态的大尺度响应。出于海岸动态变化数据获取方法的局限，国内外大部分的海岸侵蚀研究主要是是以大尺度为研究主，即根据多年的遥感资料对比海岸线的总体变化情况。中、小尺度关注的海岸岸滩的年际变化、季节性变化、特殊事件作用下的海岸岸滩变化极少进行精确的定量的研究。GNSS(全球卫星导航系统)实时差分技术(RTK)能够在动态环境下获得厘米级甚至是毫米级的水平定位精度和厘米级的高程定位精度, 基于上述理论, 提出了一种基于GNSS-RTK技术的海岸侵蚀监测方法。该方法获取的数据可同时满足海岸动态侵蚀的不同尺度的研究需要，不论是从海岸的长期变化规律研究还是短期海岸突变监测都有很好地效果，监测数据精度高, 工作效率较高，对于海岸侵蚀状况的预测模型建立也能够提供足够的数据支持。

GNSS-RTK系统主要分基准站、流动站及处理软件3部分。基准站主要由基准站接收机、基准站发射电台、电源、脚架，发射天线组成；流动站主要由流动站接收机、流动站接收电台(内置)、接收天线、测量手簿和流动杆组成；处理软件分为2种：RTK测量外业时使用的测量控制器装有数据采集和实时处理软件和RTK内业数据处理配置有计算机后处理软件2种。

实时动态测量RTK(Real Time Kinematic)技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时快速地获得测量点的三维定位坐标值。RTK作业模式主要分为3种：电台模式、GPRS模式和连续运行参考站模式(Continuously Operating Reference Stations，缩写为CORS模式)。在RTK作业模式下，基准站接收机架设在已知坐标的参考点上(或连续运行基准站网)，连续接收所有可视GNSS卫星信号。流动站接收机在初始化后，通过无线数据链接收来自基准站(连续运行基准站网)的载波相位观测值、伪距观测值等数据的同时也同步观测采集GNSS卫星载波相位数据，通过系统内差分处理求解载波相位整周模糊度，实时求算出流动站厘米精度级三维坐标。

海岸侵蚀监测方法主要分岸线剖面监测与岸滩剖面监测2种.

岸线剖面监测海岸线横向变化状况，监测范围为前滨至后滨陡坎之间的部分(图 1)。剖面布设方法为在岸线特征显著岸段埋设统一的岸线监测标志桩，在植被线以内(图 2)选择明显的地物设置辅助标志，分别对监测标志桩和辅助标志进行精确定位并做好标记，并用简图标明监测标志桩和辅助标志位置及其关系。在比较长的海滩，除记录起点坐标外，还需测定剖面终点的坐标。测量方法为：以固定监测标志桩为参照点沿垂直岸线方向测量至海岸低潮线获取剖面数据。使用GNSS-RTK确定起点经纬度。长海滩(>500m)用GNSS-RTK确定终点位置。测量剖面起点在后滨的植被线与陡坎交界处向海延伸到测量当日的低潮线附近。测量时沿标志桩标明的垂直海岸方向，在地形变化的地点插上临时标志杆，防止测量过程中方向偏离。根据潮汐预报资料，选择在低潮时间进行测量，部分区域在已有剖面基础上根据实际上一次测量情况加测部分发育较好，有代表性的侵蚀剖面以获取更加详细和全面的剖面资料，多次测量进行数据对比以确定海岸线横向侵蚀状况。

图  1  岸滩剖面形态示意图

Figure 1.  A sketch of a beach profile

图  2  岸线剖面监测位置示意图

Figure 2.  Pictures showing the monitoring stations along a coastal profile

岸滩剖面监测海岸线纵向变化状况。剖面布设方法与岸线剖面布设方法一致，剖面测量范围为后滨至低潮线，测量剖面起点在后滨的植被线与陡坎交界处，重点测量部分为滩坎至低潮线之间部分，滩间顶、滩坎、植被线、高潮线等特征点测量时进行标注。为保证测量精度GNSS-RTK流动站测量杆水准气泡尽量位于中央，杆底部放置泡沫以防止测量过程中测量杆进入沙中，测量模式选择连续地形测量。多次测量进行数据对比以确定海岸线纵向侵蚀状况(图 3)。

图  3  岸滩剖面监测示意图

Figure 3.  Monitoring of acoastal profile

运用该方法，于2011—2018年间在海南万宁(图 4)约30km的海岸上进行了高密度、高精度海岸带侵蚀监测，岸滩剖面布设密度为南部东澳湾平均400 m/个, 北部保定湾、春园湾和多德湾800m/个。岸线剖面布设平均间距约为250 m。RTK测量岸滩剖面的采样密度为0.5m, 平面和高程测量测量精度均达到厘米级。

图  4  监测剖面位置示意图

Figure 4.  Topographic map showing monitoring stations

通过对监测区2012年1月—2018年11月2次剖面的测量，对平均高潮线(国家85高程2.80m)位置变化的对比，得出了该地区海岸近7年间的岸线变化如下(图 5~7):

图  5  监测区高潮线变化

Figure 5.  Change of high tide in monitoring area

图  6  监测区相同位置海岸侵蚀实况图(剧烈变化海岸)

Figure 6.  Coastal erosion at esame location with time(severely changing coast)

图  7  相同位置海岸侵蚀实况图(缓慢变化海岸)

Figure 7.  Erosion at the same location with time(Slowly changing coast)

对比2012年的高潮线位置(蓝色曲线)与2018年的高潮线位置(红色曲线)变化，反映出高潮线位置总体向陆地方向移动，侵蚀变化最大的地区向陆地方向后退34.2 m，淤积最大的地区向海方向移动5.2 m，高潮线平均向陆地方向后退4.76 m，平均每年后退约0.68 m。侵蚀变化最大的21~26号剖面地区平均后退约21.2 m，平均每年后退约3.03 m。

总体而言，监测数据表明监测区域总体上处于侵蚀状态，但侵蚀速率较小，部分地区出现剧烈侵蚀。

通过对监测区2012年11月—2018年11月(2015年、2016年除外)每年相同时间的测量，对监测剖面变化的对比，得出了该地区海岸近7年间的年际变化及监测区侵蚀淤积范围分布(图 8)。

图  8  岸滩侵蚀淤积分布情况

Figure 8.  Distribution of coastal erosion and siltation

年际岸线动态监测数据对比研究表明，研究区岸滩在高潮线以下部分变化剧烈，表明此部分区域海洋动力活动活跃，部分地区岸滩的变化已至高潮线以上，原因可能是风暴潮或者剧烈的人为活动影响，总之，大部分岸滩以高潮线为界处于上侵下堆，或者自上而下全部侵蚀的状态，总体上以侵蚀为主。

对测区内监测剖面的定量分析后发现，大部分区域都存在不同程度的侵蚀现象，P23—P27所在的春园湾区域近几年因过度采砂，处于严重侵蚀状态；P28—P30所在的多德湾区域两侧侵蚀，中间略有淤积，基本处于平衡状态；P13—P22所处的保定湾区域，两侧侵蚀，中间部分区域略有淤积，以侵蚀为主。P1—P12所在的东澳湾岸滩宽度较大，岸段出现间断性侵蚀现象。

通过运用GNSS-RTK技术对监测区海岸进行的高精度的重复观测，系统获得了监测区的多年海岸变化实况资料；分析海岸在季节、年度响应下的变化趋势，获取了季节、年度及多年海岸变化的信息，分析海岸在季节、年度和多年度响应下的变化趋势，较为全面的掌握了监测区海岸的大、中、小尺度变化规律和特征。首先，研究区海岸呈现夏秋侵蚀冬春淤积的季节变化规律。夏秋季，大部分地区在台风等强风浪的作用下，岸滩大幅侵蚀后退；冬春季，在涌浪作用下，岸滩发生恢复和重建。其次，海岸总体呈侵蚀趋势，但是海岸的年度变化又和季节变化的规律密切相关，若前一年因非正常作用导致岸滩侵蚀严重，在接下来的年份，岸滩全年会以淤积为主。再次，人为活动造成的岸滩侵蚀会对海岸形态产生极大的影响，对海岸泥沙造成自然作用下无法恢复的损失。

GNSS-RTK技术测量结果精度高(厘米级)，测量时间短，未来可运用该技术的无验潮模式对监测区海域进行同步监测，实现陆域与海域数据实时采集和无缝拼接，还可与摄影、遥感等资料进行对比研究，与三维激光扫描技术结合对岸滩侵蚀进行精确的定量分析研究，充分表明该技术是一项高效且实用的海岸侵蚀监测测量技术。