[發明專利]一種基于無人機航空攝影監測土壤侵蝕的方法

有效

• 申請號: 201210121144.3
• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN102749071A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 馮仲科;吳斌;仇琪;高原;何誠
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G01N21/84
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明是關于監測土壤侵蝕的方法，特別一種基于無人機航空攝影監測土壤侵蝕的方法。?

二、技術背景

傳統的土壤侵蝕調查方法，是在設置地面樣，定期進行實測，同時普遍利用航空遙感和航天衛星遙感進行調查，但上述種種技術都有其明顯的缺點和不足：?

①設置地面樣地、徑流小區進行定期實測時行動緩慢，勞動量大、需要大量的人工投入，成本高，周期長；?

②利用普通的載人航空遙感由于需要轉場等諸多環節，費用比較高，難以經常性開展，安全性差；?

③采用航天衛星遙感監測時，其時空分辨率較低，飛行高度在云層之上，影像清晰度受云層影響較大，而且侵蝕多分布在山區、地形復雜，所以精度較低，而高分辨率的遙感影像價格昂貴，還受到重訪周期的限制和云的影響。?

所以在土壤侵蝕調查過程中采用傳統的設置地面樣地、徑流小區、載人航空遙感和航天衛星遙感等方法時，不可避免地帶來很多麻煩且效率低下。因此，現有技術存在成本高，周期長，受云層影響大，安全性差等缺點，怎樣在不影響航測精度的情況下，降低成本，縮短影像更新周期，提高影像清晰度，增大安全性成為本領域科技人員急待解決的問題。?

三、發明內容

為了克服現有的方法在監測土壤侵蝕過程中不可避免地帶來的很多麻煩，提高工作效率，本發明的目的是提供一種基于無人機航空攝影監測土壤侵蝕方法，它克服了現有方法存在的上述缺點。?

本發明的目的是這樣實現的：?

1.在研究區內，采用無人機低空飛行器作為遙感平臺，集數碼相機、差分GPS和陀螺平臺于一體，利用數字攝影技術，獲取高地面分辨率、大比例尺的低空無人機對研究區域進行多次長周期觀測得到的影像數據；?

2.通過計算機數字影像處理系統，面向土壤流失比較嚴重的研究區，將得到的影像進行正射糾正處理，由原先的中心投影變為正射投影，相應的也更改比例尺的關系，于是得到處理好的影像。再將處理好的影像，一般為tif格式，導入CAD中，根據地物構象規律和影像特點，將土壤侵蝕區域的侵蝕發育程度的調查因子的數量和質量在CAD中識別和量測出來，?包括航片當時測量到的侵蝕溝道長度、寬度、深度、面積、容積，而后再推算出溝道縱比等因子。?

3.在不同時期的影像對應的侵蝕溝的各項土壤侵蝕因子量，從而得到溝頭前進、溝道拓寬、溝道下切等定量分析的值，于是得到不同時期的侵蝕量及年平均侵蝕模數，編制航空土壤侵蝕調查表，從而對整個研究區域內的土壤侵蝕的變化進行了監測。?

編制航空土壤侵蝕調查表的方法如下：根據影像在CAD上判讀、量測的土壤侵蝕因子，包括侵蝕溝道長度、寬度、深度、面積、容積、溝道縱比等因子為地面上實測土壤侵蝕編制以下調查表：①根據地面上一些實測的侵蝕溝長度、寬度、容積、溝頭至溝口高差與航空測量中得到的值進行對比，得到實測與精測結果比較表，通過對精度的比較反觀航測時的精度是否可信；②根據某些相同溝道不同時期的航片，在CAD中經測量后得到溝道不同時期形態變化量測結果表，包括溝道面積，溝道長度，溝道寬度，溝道深度，溝道容積；③根據溝道不同時期形態變化量測結果表，最后可以得到溝道不同時期侵蝕速度、侵蝕量及侵蝕模數表，包括溝頭前進、溝道拓寬、溝道下切、侵蝕量、年均侵蝕模數等計算量。?

其中量測侵蝕溝道長度的方法如下：通過計算機數字影像處理系統，將無人機低空飛行器的遙感平臺中的集數碼相機、差分GPS、陀螺、數字攝影技術相結合，獲取到影像中真實坐標值，設侵蝕溝道AB的長度為L，(X₁，Y₁，Z₁)為溝頭中心A點的坐標，(X₂，Y₂，Z₂)為溝口中心B點的坐標，由數學模型1：?計算得到溝道長度，附圖1。?

其中量測侵蝕溝道寬度的方法如下：通過計算機數字影像處理系統獲取到影像中真實坐標值，以溝道中線為基準，與其相切兩個方向上與溝道緣線的交點之間的距離為侵蝕溝道的寬度，設侵蝕溝道AB中線上點C(C_x，C_y，C_z)與溝道緣線的交點為D(D_x，D_y，D_z)，E(E_x，E_y，E_z)，則由數學模型2：?得到C點上的溝道寬度，附圖1。?