[發明專利]礦山排土場邊坡土壤侵蝕速率估算方法

在審

• 申請號: 201710032159.5
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106815432A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 蘇正安;楊超;張建輝;秦偉;熊東紅;董一帆;殷哲
• 申請（專利權）人: 中國科學院;水利部成都山地災害與環境研究所;中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/05
• 代理公司: 成都賽恩斯知識產權代理事務所(普通合伙)51212
• 代理人: 張帆,肖國華

技術領域

本發明涉及水土保持學和恢復生態學領域，特別涉及一種礦山排土場邊坡土壤侵蝕速率估算方法。

背景技術

開發建設項目導致的水土流失是人類生產建設活動過程中擾動地表和地下巖層、堆置廢棄物、構筑人工邊坡以及排放各種有毒有害物質而造成的水土資源和土地生產力的破壞和損失，是一種典型的人為加速侵蝕。礦山排土場由采礦區巖土剝離、運輸、堆墊而形成，原來的土體和礦層的上覆巖層經過劇烈的擾動混合后，以松散堆積體狀態堆置在內外排土場，形成人工巨大松散堆積地貌景觀，平臺-陡坡是其基本地貌單元，其水土流失分布是點、線、片、帶、塊、面中的一種或多種形式的組合。排土場土壤侵蝕過程復雜，主要表現在土壤侵蝕部位集中、類型多樣、強度劇烈。排土場堆置厚度各部位不等，顆粒組成差異大，自然固結率不同，在自重營力及入滲水流的作用下，造成不同部位壓縮沉降速率不同，即所謂的“非均勻沉降”。

目前，主要通過定性和定量的方法測算礦山排土場工程堆積體土壤侵蝕速率。定量研究方法主要有徑流小區法、侵蝕測針法、元素示蹤法、模型模擬法。近年來，建設工程項目區土壤侵蝕的研究方法主要采用人工降雨、放水沖刷或二者組合以及天然降水條件下小尺度上的短期定位觀測或模擬實驗為主。水土流失量預測的方法有數學模型法(如USLE模型)、類比分析法(如毗鄰項目類比)以及典型調查推算法(如類似對象調查推算法)。

目前，針對無實測數據地區，如何快速精確計算礦山排土場邊坡土壤侵蝕模數尚無可靠的方法。

發明內容

本發明提供了一種礦山排土場邊坡土壤侵蝕速率估算方法，以解決現有技術中無法快速精確計算礦山排土場邊坡土壤侵蝕模數的問題。

本發明中的礦山排土場邊坡土壤侵蝕速率估算方法，包括：步驟1，利用無人機獲取礦山排土場影像數據；步驟2，利用RTK-GPS獲取排土場的地面控制點準確的空間位置信息；步驟3，優選地可利用Agisoft Photoscan professional 1.1.2軟件，根據所述GPS位置信息及所述影像數據，生成排土場點云數據和正射影像數據；步驟4，對所述正射影像數據進行目視解釋以生成侵蝕溝邊界，根據所述侵蝕溝邊界篩選出位于侵蝕溝內部的高程點數據并根據高程點數據生成侵蝕溝DEM；步驟5，根據所述侵蝕溝邊界得到緩沖區邊界，篩選位于所述緩沖區邊界內的高程點數據并根據高程點數據生成緩沖區DEM；步驟6，利用柵格計算器工具計算所述緩沖區DEM與所述侵蝕溝DEM的差從而得到侵蝕溝平均深度DEM；步驟7，根據所述侵蝕溝平均深度DEM及侵蝕溝面積計算得到侵蝕溝的侵蝕土壤體積；步驟8，根據下式計算得到土壤侵蝕模數：

其中，Ms為土壤侵蝕模數，單位t/(km²·a)；Ws為年侵蝕總量，單位t，且Ws為所述侵蝕土壤體積與土壤容重的乘積；F為侵蝕面積，單位為km²；T為侵蝕時限，單位為a。

優選地，所述步驟1還包括：規劃無人機航跡以使影像間的重疊度約為40％；利用無人機獲取排土場清晰無云的影像，且該影像包含GPS信息。

優選地，所述GPS位置信息采用RTK-GPS獲得。

優選地，所述地面控制點選自地面標志點。

優選地，所述地面標志點為道路交叉點、和/或水渠交叉點、和/或房屋轉角。

優選地，所述侵蝕溝DEM、緩沖區DEM及侵蝕溝平均深度DEM采用ArcGIS軟件得到。

本發明適合于無長期監測數據地區，可通過無人機影像和高精度DEM數據之間的結合，快速推算出排土場邊坡土壤侵蝕速率，并產生一定的經濟、社會和生態效益。

具體實施方式

本發明涉及一種快速估算礦山排土場邊坡土壤侵蝕速率方法，具體涉及利用無人機影像生成高密度點云和正射影像，監測礦山邊坡微地形變化的方法，用于估算礦山排土場邊坡土壤侵蝕速率，其通過使用無人機遙感影像，獲取研究區高程密集點云，生成同一時期較為精確的兩組DEM數據，通過目視解譯，提取侵蝕溝邊界，以此來計算土壤侵蝕模數的方法。

在一個實施例中，本發明中的礦山排土場邊坡土壤侵蝕速率估算方法，包括以下步驟：

步驟1，利用無人機獲取礦山排土場影像數據。針對礦山排土場坡陡、堆積物松散，人員難以全面實地勘察的特點，利用無人機合理規劃航跡，獲取排土場清晰無云的影像，影像需要包含GPS信息，影像間重疊度應在40％左右，便于后期影像拼接及數據生成。