CN111102965B - 大陆边缘陆坡坡脚的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明通过一种大陆边缘陆坡坡脚的确定方法，包括：步骤1，坡脚点控制线的剖面高程和距离数据的确定；步骤2，根据步骤1中生成的坡脚点控制线的剖面高程和距离数据计算坡脚点控制线坡度和坡度变化；步骤3，坡脚点的确定：选择其中一个满足坡脚点选择标准的坡度变化最大点作为这条坡脚点控制线上的坡脚点；步骤4，循环步骤1‑3，寻找每条坡脚点控制线上的坡脚点，依次连接坡脚点，形成大陆边缘陆坡坡脚线。本发明与传统坡脚点确定方法相比，具有以下优点：本发明方法使得大陆边缘的坡脚点选取变得直观、方便，在计算数据基础上更容易结合专业知识的判断，更准确的确定坡脚点的位置。

Description

大陆边缘陆坡坡脚的确定方法

技术领域

本发明属于二百海里以外大陆架划界技术，在没有相反证明的情况下，该方法可充分结合地形地貌的专业判断，确定大陆坡脚，划定大陆边的外缘。

背景技术

依据1982年的《联合国海洋法公约》，规定了沿海国国家领海，专属经济区和群岛水域等与国家主权或管辖权的范围。该《公约》第76条第4款规定了坡脚点的定义和适用范围，为了确定第76条是否适用，如何应用，这要求沿海国在一定精度的范围和技术参数内去识别其海岸线和海岸外的特征。而坡脚点的确定及其精度将直接影响划界结果。

在坡脚点的确定过程中，最重要的是按照坡脚点的定义方法，计算坡脚点控制线各点的坡度变化值，从中选取坡度变化最大点。大陆边缘分为陆架、陆坡和陆隆，大陆边缘可划分为三种类型：①大西洋型；②太平洋型；③转换型。典型的大西洋型大陆边缘由大陆架、大陆坡、大陆隆组成，这种模型坡度变化最大点比较明显，除了利用相反证据外，一般地形地貌坡脚点的确定相对比较简单；太平洋型，受板块汇聚作用影响，俯冲挤压，大陆边缘变得非常复杂，自陆向海分布大陆架、弧后盆地、岛弧、弧前盆地、海沟、深海盆地等多种地貌单元，盆地两侧和海沟等多处出现大陆坡脚点，使得坡脚点的识别选择变得非常困难，此时坡脚点的确定不完全通过基本坡脚点识别技术，还可以结合地形地貌的专业判断，选取符合《联合国海洋法公约》的点作为最终的坡脚点。目前，已存在绘制地形剖面，计算剖面各点的坡度变化工具，但是，这些工具展示的数据具有独立性，与地形图形没有交互性，当碰到复杂的地形时，坡脚点选取的位置与地形信息无法交互，使得坡脚点的选取变得困难。因此，引入三维地形平台，交互显示剖面数据，坡脚点选取在三维地形图上的精确定位，让复杂地形图的坡脚点确定简单化、直观化，具有重要的实用价值。

发明内容

本发明的目的是为大陆边缘陆坡坡脚提供一种简单、实用的确定方法，可方便的结合计算数据和地形地貌特征，应用专业判断，快速准确的找到坡脚点，形成大陆边缘陆坡坡脚线。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术解决方案：

本发明提供一种大陆边缘陆坡坡脚的确定方法，包括：

步骤1，坡脚点控制线的剖面高程和距离数据的确定；

步骤2，根据步骤1中生成的坡脚点控制线的剖面高程和距离数据，计算坡脚点控制线坡度和坡度变化；

步骤3，坡脚点的确定：选择其中一个满足坡脚点选择标准的坡度变化最大点作为这条坡脚点控制线上的坡脚点；

步骤4，循环步骤1-3，寻找每条坡脚点控制线上的坡脚点，依次连接坡脚点，形成大陆边缘陆坡坡脚线。

其中，所述步骤1中坡脚点控制线的剖面高程和距离数据的确定方法为：

步骤11，定义计算精度，确定剖面数据的最少点数C_min和相邻两点之间的最小距离D_min；

步骤12，在三维地形图上从陆地往海上绘制坡脚点控制线，根据坡脚点控制线的长度D，计算需要提前剖面数据的点数C，当C<C_min时，重新计算D_min；

步骤13，在坡脚点控制线中从起点P_s开始，每隔D_min取一个数据点(从三维地形平台中读取经纬度和高程值)，遇到拐点，将拐点数据纳入取值数据点集合，从拐点开始每隔D_min取一个数据点，直至结束点P_e，最终参与计算的数据集合为：

((X₀,Y₀,Z₀,d₀),(X₁,Y₁,Z₁,d₁),…,(X_p,Y_p,Z_p,d_p))

每一个点包含(X、Y、Z、d)，即(其中，X表示经度、Y表示纬度、Z表示高程、d表示距起点的距离)，(X₀,Y₀,Z₀,d₀)为起点P_s，(X_p,Y_p,Z_p,d_p)为结束点P_e。

其中，所述步骤2中坡脚点控制线的坡度的计算方法为：

步骤21，以坡脚点控制线的某一点为计算点，设定计算点前后取值的距离范围D_prev(前取值的距离范围)和D_next(后取值的距离范围)，计算坡脚点控制线中第m点前后需要参与计算的位置p和n，有d_m-d_p<＝D_prev，d_m-d_p-1>D_prev和d_n-d_m<＝D_next，d_n+1-d_m>D_next，则第m点前后的平均高程差为：

第m点前后平均高程差的计算距离为：

那么，第m点的坡度(单位：度)为：

循环使用公式(1)(2)(3)计算坡脚点控制线中所有点的坡度。

其中，所述步骤2中坡脚点控制线坡脚点控制线的坡度变化的计算方法为：

步骤22，以坡脚点控制线的某一点为计算点，同步骤21中取相同的前取值距离范围D_prev和后取值距离范围D_next，坡脚点控制线中第m点前后参与计算的位置p和n，计算坡脚点控制线中第m点的坡度变化：

循环使用公式(4)计算坡脚点控制线中所有点的坡度变化。

其中，所述步骤3中坡脚点选择标准为：在陆坡基部范围内，在控制线剖面中，筛选出每段坡度变化起伏的坡度变化最大点，然后根据周边地形地貌及地理信息，选取某个坡度变化最大点作为这条坡脚点控制线方向上的坡脚点。

其中，所述步骤3中在选择坡脚点时，先查看任意一点的数据，同时在地形图上动态显示点的位置，直观的结合地形和坡度计算数据，进行坡脚点的选择。

其中，所述步骤4中，沿海岸线依次连接坡脚点形成大陆边缘陆坡坡脚线时，每相邻两个坡脚点距离不超过60海里。

其中，在所述步骤2和步骤3之间还包括步骤S2数据的修正计算，通过修正计算点前后参与计算的距离范围Dprev和Dnext，即修改图1中最小计算距离的“前”和“后”后面文本框的值，在每一点坡度和坡度变化的计算过程中，其前后参与计算关联的点发生变化；再用步骤二的方法重新计算，使计算的结果在符合高程下降大趋势和表现小范围变化特征中趋于平衡，与地形地貌特征选择的坡脚点位置趋于吻合。

根据步骤2、步骤3计算的结果，查看坡脚点备选数据的位置是否与剖面图中高程下降大趋势大致相同，是否能够反映局部范围的坡度变化。当计算结果不太符合坡度下降整体趋势时，应将前后距离增大，使参与某点的坡度计算前后关联点增多；当计算结果不能反映局部坡度变化，且根据地形地貌特征判断，应当考虑局部坡度变化时，缩小计算的距离范围，使使参与某点的坡度计算前后关联点减少；最终达到既能反映大趋势，也能体现小范围波动的平衡点。

本发明方法针对复杂多变的海底地形，提供一种与三维地形信息交互的大陆边缘陆坡坡脚确定方法。此方法首先绘制控制线，沿着控制线提取距离和高程数据，然后计算控制线上各点的坡度与坡度变化，绘制剖面图，并筛选出可能的坡脚点数据，最后结合三维地形图选择一点作为这条控制线上的坡脚点。

本发明与传统坡脚点确定方法相比，具有以下优点：本发明方法使得大陆边缘的坡脚点选取变得直观、方便，在计算数据基础上更容易结合专业知识的判断，更准确的确定坡脚点的位置。本发明方法适用于《公约》第76条第4款(b)类情况的大陆边缘陆坡坡脚的确认。

附图说明

图1为单个坡脚点确定方法的程序流程图。

图2为单个坡脚点的选取截图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

实施例1：

如图2所示，其中上半部分为三维地形平台窗口，下半部分窗口为剖面分析窗口；三维地形平台中的绿色线段为绘制的控制线，黄色小球为对应于剖面图上选取的点在三维地形图中的标识；分析窗口中右侧绘图区为剖面分析曲线，蓝色表示高程，黄色表示坡度曲线，红色表示坡度变化曲线，左侧列表取展示满足条件的可选坡脚点信息。

本发明的大陆边缘陆坡坡脚的确定方法，包括如下步骤：

一、从三维地形图上绘制坡脚点控制线，如图2中从陆地到海上的绿色线段，沿坡脚点控制线提取剖面数据。用首尾两点Ps，Pe表示，每个点用(X、Y、Z)，即(从三维地形平台中读取经度、纬度、高程)表示，如果坡脚点控制线有拐点、则拐点用Pm1,Pm2…表示，位于首尾点之间。当坡脚点控制线起点高程小于尾点高程时，倒序表示坡脚点控制线，保证起点高程大于尾点高程，即坡脚点控制线从陆地往海上绘制。再计算坡脚点控制线上连续两点的球面距离D1、D2、…、Dn-1(n为首尾点加拐点的数量)，然后计算剖面数据点数：

其中Di为坡脚点控制线相邻两点间第i段的距离，n为坡脚点控制线的点数。

为保证数据精度，最小距离Dmin由系统设定，在坡脚点控制线距离较短时，使表示坡脚点控制线信息集合的点数量C小于设定的Cmin时，可缩小Dmin：

其中Di为坡脚点控制线相邻两点间第i段的距离，n为坡脚点控制线的点数。

在坡脚点控制线中从起点Ps开始，每隔Dmin取一个数据点(从三维地形平台中读取经纬度和高程值)，遇到拐点，将拐点数据纳入取值数据点集合，从拐点开始每隔Dmin取一个数据点，直至结束点Pe，最终参与计算的数据集合为：

二、利用步骤一中得到的数据集合，计算所有节点的坡度和坡度变化值。

①设定计算点前后取值的距离范围D_prev和D_next，计算坡脚点控制线中第m点前后需要参与计算的位置p和n，有d_m-d_p<＝D_prev，d_m-d_p-1>D_prev和d_n-d_m<＝D_next，d_n+1-d_m>D_next，则第m点前后的平均高程差为：

第m点前后平均高程差的计算距离为：

那么，第m点的坡度(单位：度)为：

循环使用公式(3)(4)(5)计算坡脚点控制线中所有点的坡度。

②同①中取相同的前后取值距离范围D_prev和D_next，坡脚点控制线中第m点前后参与计算的位置p和n，计算P中第m点的坡度变化：

循环使用公式(6)计算坡脚点控制线中所有点的坡度变化。

通过剖面图对高程、坡度和坡度变化对计算结果完全展示，满足条件的坡脚点备选列表信息展示，结合三维地形地貌及地理信息展示，联动显示坡脚点在三维地形图上、剖面图上的位置，有效提高坡脚点的判断效率和准确性。

如图2所示，主体三维地形平台中，从陆地到海上的绿色线段为绘制的坡脚点控制线，黄色圆球表示图上选取的坡脚点位置，三维地形平台不仅可以展示地形地貌，还可以叠加其他各种地理信息数据，为坡脚点的选取提供直观的分析依据；坡脚点分析窗口中，列表中显示了满足设置条件的在这条坡脚点控制线上可选的坡脚点信息，右侧显示了沿坡脚点控制线的地形剖面，蓝色表示高程，黄色曲线表示剖面的坡度曲线，红色曲线表示剖面坡度变化曲线。选取列表中的行，对应剖面图中显示该数据在剖面中的位置，并在三维平台中显示这一点的位置；同样的，在剖面图中选取某个坡度变化最大点，三维平台中显示这一点的位置。这样通过数据分析与实体位置的联动显示，以及相应位置周边的地形地貌、地理环境展示，极大的方便了坡脚点的选取。将剖面数据和计算的坡度和坡度变化数据成图，如图2中右下方的曲线绘图框，展示了坡脚点控制线上每一点与坡脚点控制线起点的距离、高程、坡度及坡度变化数据，点击曲线上的任意一点，可以查看其坐标和计算结果。

三、修正计算数据

在复杂的大陆边缘剖面中，可能出现地形的起伏，在大的高程下降趋势中，用上述过程计算的结果可能不利于坡脚点位置的选择，需要修正计算点前后参与计算的距离范围D_prev和D_next，在每一点坡度和坡度变化的计算过程中，其前后参与计算关联的点发生变化；再用步骤二的方法重新计算，使计算的结果在符合高程下降大趋势和表现小范围变化特征中趋于平衡，与地形地貌特征选择的坡脚点位置趋于吻合。

修正计算点前后参与计算的距离范围Dprev和Dnext的方法为：根据步骤2、步骤3计算的结果，查看坡脚点备选数据的位置是否与剖面图中高程下降大趋势大致相同，是否能够反映局部范围的坡度变化。当计算结果不太符合坡度下降整体趋势时，应将前后距离增大，使参与某点的坡度计算前后关联点增多；当计算结果不能反映局部坡度变化，且根据地形地貌特征判断，应当考虑局部坡度变化时，缩小计算的距离范围，使使参与某点的坡度计算前后关联点减少；最终达到既能反映大趋势，也能体现小范围波动的平衡点。

四、确定坡脚点

在陆坡基部范围内，排除因坡度上升形成的坡度变化最大点，筛选出每段坡度变化起伏的坡度变化最大点；查看这些点的详细数据时，在地形图上动态显示点的位置，同时在地形图上选取任意一个位置，在剖面图中也可以显示该点在剖面图的位置和详细信息；通过这种三维地形与剖面图关联显示方式，使得用户可以根据计算结果，结合专业知识，更准确的判断坡脚点应当选取的位置。

如图2所示，左下角列表中显示了曲线上坡度大于等于1.4的所有坡度变化最大点的计算信息，选取其中一点，在剖面图上显示该点的位置，并在上方三维地形图上，显示该点在三维场景中的位置；根据实际情况，可以在剖面图上选取红色曲线凸点位置的点作为坡脚点(可通过“下一个最大”按钮精准选取)，选取后三维地形图上的黄色小球显示在对应的位置。

五、生成大陆边缘陆坡坡脚线

循环使用步骤一至步骤四的方法，以单个国家或地区海岸线绘制坡脚点控制线，寻找每条坡脚点控制线上的坡脚点，在每相邻两个坡脚点距离不超过60海里的情况下，沿海岸线依次连接坡脚点，形成大陆边缘陆坡坡脚线。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种大陆边缘陆坡坡脚的确定方法，其特征在于，包括：

步骤1，坡脚点控制线的剖面高程和距离数据的确定；

步骤2，根据步骤1中生成的坡脚点控制线的剖面高程和距离数据计算坡脚点控制线坡度和坡度变化；

步骤3，坡脚点的确定：选择其中一个满足坡脚点选择标准的坡度变化最大点作为这条坡脚点控制线上的坡脚点；

步骤4，循环步骤1-3，寻找每条坡脚点控制线上的坡脚点，依次连接坡脚点，形成大陆边缘陆坡坡脚线；

所述步骤1中坡脚点控制线的剖面高程和距离数据的确定方法为：

步骤11，定义计算精度，确定剖面数据的最少点数C_min和相邻两点之间的最小距离D_min；

步骤12，在三维地形图上从陆地往海上绘制坡脚点控制线，根据坡脚点控制线的长度D，计算需要提前剖面数据的点数C，当C<C_min时，重新计算D_min；

步骤13，在坡脚点控制线中从起点P_s开始，每隔D_min取一个数据点，遇到拐点，将拐点数据纳入取值数据点集合，从拐点开始每隔D_min取一个数据点，直至结束点P_e，最终参与计算的数据集合为：

((X₀,Y₀,Z₀,d₀),(X₁,Y₁,Z₁,d₁),…,(X_p,Y_p,Z_p,d_p))

每一个点包含(X、Y、Z、d)，其中，X表示经度、Y表示纬度、Z表示高程、d表示距起点的距离，下标为0的点(X₀,Y₀,Z₀,d₀)为起点P_s，下标为p的点(X_p,Y_p,Z_p,d_p)为结束点P_e。

2.根据权利要求1所述的大陆边缘陆坡坡脚的确定方法，其特征在于，所述步骤2中坡脚点控制线的坡度的计算方法为：

步骤21，设定计算点前后取值的距离范围D_prev和D_next，计算坡脚点控制线中第m点前后需要参与计算的位置p和n，有d_m-d_p<＝D_prev，d_m-d_p-1>D_prev和d_n-d_m<＝D_next，d_n+1-d_m>D_next，则第m点前后的平均高程差为：

第m点前后平均高程差的计算距离为：

那么，第m点的坡度为：

循环使用公式(1)(2)(3)计算坡脚点控制线中所有点的坡度。

3.根据权利要求2所述的大陆边缘陆坡坡脚的确定方法，其特征在于，所述步骤2中坡脚点控制线的坡度变化的计算方法为：

步骤22，同步骤21中取相同的前后取值距离范围D_prev和D_next，坡脚点控制线中第m点前后参与计算的位置p和n，计算P中第m点的坡度变化：

循环使用公式(4)计算坡脚点控制线中所有点的坡度变化。

4.根据权利要求3所述的大陆边缘陆坡坡脚的确定方法，其特征在于，所述步骤3中坡脚点选择标准为：在陆坡基部范围内，在坡脚点控制线剖面中，筛选出每段坡度变化起伏的坡度变化最大点，然后根据周边地形地貌及地理信息，选取某个坡度变化最大点作为这条坡脚点控制线方向上的坡脚点。

5.根据权利要求3所述的大陆边缘陆坡坡脚的确定方法，其特征在于，所述步骤3中在选择坡脚点时，先查看任意一点的数据，同时在地形图上动态显示点的位置，直观的结合地形和坡度计算数据，进行坡脚点的选择。

6.根据权利要求4所述的大陆边缘陆坡坡脚的确定方法，其特征在于，所述步骤4中，沿海岸线依次连接坡脚点形成大陆边缘陆坡坡脚线时，每相邻两个坡脚点距离不超过60海里。

7.根据权利要求1-6任一所述的大陆边缘陆坡坡脚的确定方法，其特征在于，在所述步骤2和步骤3之间还包括步骤S2数据的修正计算，在大的高程下降趋势中，通过修正计算点前后参与计算的距离范围，再用步骤二的方法重新计算，使计算的结果与地形地貌特征选择的坡脚点位置趋于吻合。

8.根据权利要求7所述的大陆边缘陆坡坡脚的确定方法，其特征在于，所述步骤S2中修正计算点前后参与计算的距离范围的方法为：根据步骤2、步骤3计算的结果，查看坡脚点备选数据的位置是否与剖面图中高程下降趋势相同，是否能够反映局部范围的坡度变化；当计算结果不符合坡度下降整体趋势时，应将前后距离增大，使参与某点的坡度计算前后关联点增多；当计算结果不能反映局部坡度变化，且根据地形地貌特征判断，应当考虑局部坡度变化时，缩小计算的距离范围，使参与某点的坡度计算前后关联点减少。

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