《Regional Studies in Marine Science》：Shoreline dynamics and beach topography analysis using video beach monitoring and CoastSnap tools at a blue flag beach on India’s east coast
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本研究利用视频海滩监测系统（VBMS）和CoastSnap工具，全年监测印度维萨卡帕特南姆Rushikonda海滩的潮间带坡度和海岸线变化，发现西南季风期间（6-9月）高能浪导致坡度陡增至5.8°，海岸线侵蚀显著，旱季则变平。视频方法精度（RMSE=0.8m）优于卫星数据（RMSE=6.05m），为海岸管理提供可靠工具。
作者名单：Baggu Gireesh、Madipally Ramesh、Surisetty V.V. Arun Kumar、Chintam Venkateswarlu、Chennu V Naidu、Leela Sheela Nair、Rashmi Sharma
印度安得拉邦维沙卡帕特南安得拉大学气象与海洋学系 - 530003
摘要
维沙卡帕特南的Rushikonda海滩是一个动态的沙滩，受到沿岸流、潮汐波动以及季风产生的波浪能量的影响。为了海岸管理和安全，对这个获得蓝旗认证的休闲海滩进行持续的海岸线行为和近岸地貌观测至关重要。本研究展示了如何使用经济实惠的视频海滩监测系统（VBMS）来测量整个年度（2023年1月至12月）内的潮间带海滩坡度和海岸线变化。基于DGPS的地面控制点被用来在镜头畸变校正后对视频帧进行几何校正，并进行时间平均处理。红-蓝（RmB）边缘检测技术被用来提取海岸线，从而实现快速精确的处理。与基于视频的海岸线数据相比，Sentinel-2数据得到的海岸线结果准确性较低（RMSE = 6.05米），而视频数据与DGPS调查结果的一致性较高（RMSE = 0.8米）。通过从高潮线和低潮线估计潮间带坡度，揭示了季节性的地貌模式。坡度在1月至5月和10月至12月期间较为平缓，而在西南季风期间（6月至9月）由于高能量波浪（Hs = 2.0–2.5米）的作用，海岸线出现了明显后退。在以季风为主的沙滩上，VBMS与CoastSnap工具的结合为持续的海岸监测提供了可靠且经济高效的框架，并为评估侵蚀情况和准备应对海岸灾害提供了有价值的信息。
引言
海岸带是极其动态的环境，受到季节性和气候因素的影响，导致海岸线发生显著变化，这会影响当地生态系统、基础设施和社区。特别是印度东海岸的许多海滩，会经历由印度季风、波浪气候和潮汐波动引起的明显侵蚀和堆积循环（Kankara等人，2018年；Prasad等人，2009年；Surisetty等人，2024年）。理解这些变化对于有效的海岸管理至关重要。海洋波浪中的大部分能量在接近海岸时会在冲浪区被消耗掉，剩余的能量则转化为海滩上的上升流和堆积，这是海岸侵蚀的主要原因（Castelle等人，2021年；Mangor等人，2017年；Stockdon等人，2006年）。根据Harley等人（2014年）、McCarroll等人（2023年）和Vos等人（2022年）的研究，冲浪区的水动力特性（如波浪破碎类型）在很大程度上取决于海滩面，即陆地上的海滩部分。海滩面的坡度有助于理解冲浪区的地貌。此外，在动态的海岸环境中估计潮间带坡度具有挑战性，因为海滩面会因侵蚀和堆积过程而不断向陆地和海洋方向变化（Hagenaars等人，2018年；Vos等人，Kilian等人，2020年）。尽管潮间带坡度的测量不能直接预测游泳者的安全，但它有助于识别危险情况，如易发生急流的区域和陡峭的海岸线轮廓。了解这些形态动力学特征有助于进行海滩安全评估，并帮助制定早期预警或救生员部署计划（Brewster等人，2019年；Surisetty等人，2023年）。迄今为止，已经使用了许多基于实地的技术来进行精确的海岸线变化研究和海滩面坡度测量，包括直接实地调查、基于GPS的观测（Boak和Turner，2005年；Harley等人，2011年；Phuong等人，2024年），以及来自总站和RTK-DGPS的测量数据，这些方法可以提供准确的海滩面坡度和海岸线位置（Mangor等人，2017年）。此外，多种遥感技术也与实地地形测量相结合，用于随时间识别海岸线变化和海岸地貌动态，包括多光谱和高光谱卫星图像（例如Landsat、Sentinel-2）、合成孔径雷达（SAR）、机载LiDAR以及使用无人驾驶飞行器（UAV）的光栅测量（Aarninkhof等人，2003年；Boak和Turner，2005年；Gireesh等人，2023年；Hagenaars等人，2018年；Luijendijk等人，2018年）。尽管数据可用性、大气干扰和高处理成本仍存在问题，但最近的研究表明这些技术在提高海岸监测的空间和时间分辨率方面具有潜力（Gireesh等人，2025年；Kankara等人，2018年；Noujas等人，2023年）。即便如此，要准确记录由季节性因素和偶发事件引起的短期海岸线变化仍然具有挑战性。
在这种情况下，海岸视频监测系统作为一种强大且多功能的遥感工具应运而生，用于研究复杂的近岸过程，包括沙洲形态（Lippmann和Holman，1990年）、浅水水动力学（Montest等人，2023年；Andriolo等人，2019年；Ibaceta等人，2019年；Luijendijk等人，2018年）、近岸水深和潮间带地形（Rodríguez-Padilla等人，2022年；Andriolo等人，2025年；Simarro等人，2019年；Holland等人，1997年；Ramesh等人，2022年）、海岸线变化（Jóia Santos等人，2020年；Jaud等人，2025年；Zambrano-Medina等人，2023年）、海岸状态指标（Aarninkhof等人，2003年；Bruder和Brodie，2020年；Chang等人，2019年；Harley等人，2019年）以及海岸带管理应用（Mangor等人，2017年）。在过去十年中，从昂贵的专用Argus型站点发展到高度可访问且科学严谨的方法，这些方法利用免费的在线流媒体“冲浪摄像机”图像（Andriolo等人，2019年），能够直接从标准Timex图像中准确估计波浪高度（0.1–3.8米），无需本地水深数据；在高能量风暴条件下实现可靠的深度反演（Rodríguez-Padilla等人，2022年）；通过量化波浪上升流独立验证卫星测高海平面（Abessolo等人，2023年）；最近还结合了自动化分离浅滩波和破碎波的技术，使用特定领域的线性/非线性扩散关系，仅使用网络摄像头数据即可达到亚米级的水深精度（RMSE ≤ 0.43米（Andriolo等人，2025年）。这些方法上的持续进步大大扩展了可获取的水动力和形态动力学参数的范围、准确性和成本效益，使海岸视频监测成为全球科学研究和海岸管理的强大工具。此外，CoastSnap工具的使用进展表明，利用众包智能手机图像可以高空间和时间分辨率地绘制海岸线变化（Harley等人，2019年）。所有这些工作都强调了海岸成像在补充传统方法方面的潜力，为全球各种海岸过程的监测和分析提供了可扩展的框架。在印度，最近的海岸监测项目（如视频海滩监测系统（VBMS）的引入）通过提供长时间尺度的海岸线演变细节，为多个印度海滩提供了有前景的解决方案（Ramesh等人，2022年；Ramesh等人，2023年）。
由于波浪和洋流、风暴潮、洪水和海平面上升之间的相互作用，海岸线的形态变化在过去几十年里一直是印度次大陆关注的重要问题（Kantamaneni等人，2022年；Ramesh等人，2022年）。本研究展示了在印度Rushikonda海滩应用VBMS系统以及使用CoastSnap工具进行快速准确的海岸线提取的方法。这有助于研究Rushikonda海滩未受保护区域的短期海岸线变化，并研究其对不同波浪条件的响应。所选海滩是印度东海岸安得拉邦唯一的蓝旗认证海滩，其变化受到季风引起的波浪能量、沿岸流和潮汐波动的影响。在高时间和空间分辨率下理解这些变化对于有效的海岸管理、灾害缓解和适应规划至关重要，尤其是在气候变化导致风暴频率增加的背景下（Karsten和Nils，2017年；Prasad等人，2009年）。因此，本研究有助于详细分析Rushikonda海滩的海岸线变化，研究时间模式，并验证影响这些变化的各种驱动因素。本研究还解释了如何从Rushikonda的视频图像中估计潮间带海滩坡度，旨在将其与海岸线变化联系起来，为该海岸区域的可持续海滩管理策略提供依据。
研究区域
研究区域位于印度中东海岸的维沙卡帕特南，纬度范围为17°46'40"N至17°47'30"N，经度范围为83°22'50"E至83°23'30"E（图1a）。海湾、沙丘和岩石露头只是构成这一海岸线的众多自然特征中的一部分。这些特征对海岸动态有重大影响，并促进了当地经济，尤其是旅游业。由于自然美景和冲浪、钓鱼等休闲活动，Rushikonda海滩及其周边地区
视频数据
在维沙卡帕特南的Rushikonda海滩建立了一个永久性的单摄像头VBMS系统，用于跟踪近岸动态和急流过程（Surisetty等人，2024年）。该地点部署了一台分辨率为1280×720像素的Mobotix M16摄像头，以确保在整个研究期间获得高质量的视频记录。VBMS的视野（FOV）沿海岸方向约为1.0公里，横向约为0.6公里。
视频处理工作流程：校准、时间平均图像生成和校正
来自Mobotix M16摄像头的每小时视频记录被处理成时间平均（timex）图像，以消除瞬态特征（例如单个波浪），突出显示持续存在的海岸元素，如海岸线和沙洲。每20分钟的视频片段（在IST时间06:00至17:00之间以25 fps的帧率录制）在MATLAB中平均处理，每小时生成一张timex图像，为后续分析提供稳定的基础。
准确的空间映射需要校正镜头畸变
季节性波浪作用
Rushikonda近岸的波浪条件直接影响海岸线位置和潮间带地貌，因此为解释视频衍生的海岸线数据提供了重要背景。这些波浪特征也被用于应用于VBMS海岸线估计的波浪上升流和潮位校正（第4.4节）。2023年1月至12月期间Rushikonda海滩的波浪和潮汐参数的时间变化如图5所示。
讨论
在以季风为主的微潮汐沙滩系统中，Rushikonda海滩观察到的海岸线位置和潮间带海滩坡度的空间和时间模式代表了典型的形态动力学响应。在西南季风期间（6月至9月），高能量波浪（Hs = 2.0–2.5米）导致海岸线显著向陆地后退和海滩面变陡（高达>5°），同时近岸沙洲-急流活动增加。这一侵蚀阶段与已建立的
结论
为了量化印度东海岸半日潮沙滩的海岸线动态、潮间带海滩坡度和近岸沙洲-急流形态，本研究展示了如何将视频海滩监测系统（VBMS）图像与CoastSnap海岸线提取工具和DGPS实地测量相结合。时间平均摄影可以准确且一致地预测潮间带梯度，这一点通过视频数据和DGPS测量数据的对比得到了验证。
未引用参考文献
(Ajai和Nayak，2012年；Genz等人，2007年)
CRediT作者贡献声明
Chennu V Naidu：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调。Chintam Venkateswarlu：撰写 – 审稿与编辑、调查、数据分析、数据管理。Kumar Surisetti V.V. Arun：撰写 – 审稿与编辑、调查、资金获取、数据分析。Madipally Ramesh：撰写 – 初稿撰写、验证、方法设计、调查、资金获取、数据分析、概念构思。Rashmi Sharma：撰写 – 审稿与编辑
利益冲突声明
作者声明他们没有可能影响本文工作的已知财务利益或个人关系。
致谢
作者衷心感谢泰卢瓦纳坦普拉姆国家地球科学研究中心（NCESS）和印度空间研究组织（ISRO）的主任们在此研究期间提供的持续支持。他们还感谢安得拉大学气象与海洋学系的主任、安得拉邦旅游局局长以及维沙卡帕特南警察局长的合作和后勤协助。
