專利名稱：一種基于無人機航空攝影監(jiān)測土壤侵蝕的方法
技術領域：
本發(fā)明是關于監(jiān)測土壤侵蝕的方法，特別一種基于無人機航空攝影監(jiān)測土壤侵蝕的方法。
背景技術：
傳統(tǒng)的土壤侵蝕調(diào)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(wèi)星遙感進行調(diào)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(qū)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(huán)節(jié)，費用比較高，難以經(jīng)常性·開展，安全性差；③采用航天衛(wèi)星遙感監(jiān)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(qū)、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(diào)查過程中采用傳統(tǒng)的設置地面樣地、徑流小區(qū)、載人航空遙感和航天衛(wèi)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(xiàn)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。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的方法在監(jiān)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(fā)明的目的是提供一種基于無人機航空攝影監(jiān)測土壤侵蝕方法，它克服了現(xiàn)有方法存在的上述缺點。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的I.在研究區(qū)內(nèi)，采用無人機低空飛行器作為遙感平臺，集數(shù)碼相機、差分GPS和陀螺平臺于一體，利用數(shù)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(qū)域進行多次長周期觀測得到的影像數(shù)據(jù)；2.通過計算機數(shù)字影像處理系統(tǒng)，面向土壤流失比較嚴重的研究區(qū)，將得到的影像進行正射糾正處理，由原先的中心投影變?yōu)檎渫队埃鄳囊哺谋壤叩年P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(jù)地物構象規(guī)律和影像特點，將土壤侵蝕區(qū)域的侵蝕發(fā)育程度的調(diào)查因子的數(shù)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(shù)，編制航空土壤侵蝕調(diào)查表，從而對整個研究區(qū)域內(nèi)的土壤侵蝕的變化進行了監(jiān)測。
編制航空土壤侵蝕調(diào)查表的方法如下根據(jù)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(diào)查表①根據(jù)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根據(jù)某些相同溝道不同時期的航片，在CAD中經(jīng)測量后得到溝道不同時期形態(tài)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(jù)溝道不同時期形態(tài)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(shù)表，包括溝頭前進、溝道拓寬、溝道下切、侵蝕量、年均侵蝕模數(shù)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(shù)字影像處理系統(tǒng)，將無人機低空飛行器的遙感平臺中的集數(shù)碼相機、差分GPS、陀螺、數(shù)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(shù)學模型
權利要求
1.一種基于無人機航空攝影監(jiān)測土壤侵蝕的方法，其特征是采用無人機低空飛行器作為遙感平臺，集數(shù)碼相機、差分GPS和陀螺平臺于一體，由數(shù)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(qū)域進行多次長周期觀測得到的影像數(shù)據(jù)；通過計算機數(shù)字影像處理系統(tǒng)，將影像進行處理后，將影像導入CAD中，面向土壤流失比較嚴重的研究區(qū)，根據(jù)地物構象規(guī)律和影像特點，在CAD中將土壤侵蝕區(qū)域的侵蝕發(fā)育程度的調(diào)查因子的數(shù)量和質量在影像上識別和量測出來，根據(jù)影像上判讀的因子，包括溝道的長度、寬度、深度、容積等因子，從而得到溝頭前進、溝道拓寬、溝道下切等定量分析的值，再推算出溝道侵蝕量及年平均侵蝕模數(shù)，編制航空土壤侵蝕調(diào)查表，從而對整個研究區(qū)域內(nèi)的土壤侵蝕的變化進行了監(jiān)測。
2.編制航空土壤侵蝕調(diào)查表的方法如下根據(jù)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(diào)查表①根據(jù)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根據(jù)某些相同溝道不同時期的航片，在CAD中經(jīng)測量后得到溝道不同時期形態(tài)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(jù)溝道不同時期形態(tài)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(shù)表，包括溝頭前進、溝道拓寬、溝道下切、侵蝕量、年均侵蝕模數(shù)等計算量。
3.根據(jù)權利要求I所述的無人機航空攝影遙感量測侵蝕溝道長度的方法，其特征是通過計算機數(shù)字影像處理系統(tǒng)，將無人機低空飛行器的遙感平臺中的集數(shù)碼相機、差分GPS、陀螺、數(shù)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(shù)學模型I :
4.根據(jù)權利要求I所述的無人機航空攝影遙感量測侵蝕溝道寬度的方法，其特征是通過計算機數(shù)字影像處理系統(tǒng)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(CX，Cy, Cz)與溝道緣線的交點為D(DX，Dy，Dz)，E(Ex, Ey, Ez)，則由數(shù)學模型2:
5.根據(jù)權利要求I所述的無人機航空攝影遙感量測侵蝕溝道平均寬度的方法，其特征是通過計算機數(shù)字影像處理系統(tǒng)獲取到影像中真實坐標值，在溝道中線上選多個點計算其寬度D' i，由數(shù)學模型3
6.根據(jù)權利要求I所述的無人機航空攝影遙感量測侵蝕溝道深度的方法，其特征是通過計算機數(shù)字影像處理系統(tǒng)獲取到影像中真實坐標值，在溝道中線上某一點C(CX，Cy, Cz)上，與中線相切方向上與溝道緣線的交點D(Dx，Dy，Dz)，由數(shù)學模型4 G/ = Dz-Cz得到溝道深度。
7.根據(jù)權利要求I所述的無人機航空攝影遙感量測侵蝕溝道高差度的方法，其特征是通過計算機數(shù)字影像處理系統(tǒng)獲取到影像中真實坐標值，設溝頂坐標A (X1, Y1, Z1)，溝口坐標B(X2，Y2, Z2)，由數(shù)學模型5 C = Z1-Z2得到溝頂至溝口高差。
8.根據(jù)權利要求I所述的無人機航空攝影遙感量測侵蝕溝道縱比的方法，其特征是由數(shù)學模型
9.根據(jù)權利要求I所述的無人機航空攝影遙感量測侵蝕溝道面積的方法，其特征是通過計算機數(shù)字影像處理系統(tǒng)獲取到影像中真實坐標值，設在溝道緣線上，順時針取點Si (Sxi, Syi, Szi)，i = 1，2. . . n構成一個多邊形，由數(shù)學模型7's^ i=l得到面積。
10.根據(jù)權利要求I所述的無人機航空攝影遙感量測侵蝕溝道容積的方法，其特征是通過計算機數(shù)字影像處理系統(tǒng)獲取到影像中真實坐標值，由溝道緣線與溝底中線形成一個多面體，在其中選點Vi(Vxi，Vyi, Vzi) i = 0，l...n. ..m，由數(shù)學模型8 :
11.根據(jù)權利要求I所述的無人機航空攝影遙感量測侵蝕溝頭前進的方法，其特征是通過兩張不同時期的航片中得到各自的溝道長度值先后為L1, L2，其中航片間隔的年數(shù)N，由數(shù)學模型9
12.根據(jù)權利要求I所述的無人機航空攝影遙感量測侵蝕溝溝道拓寬的方法，其特征是通過兩張不同時期的航片中得到各自的溝道寬度值先后為D1, D2，其中航片間隔的年數(shù)N，由數(shù)學模型
13.根據(jù)權利要求I所述的無人機航空攝影遙感量測侵蝕溝溝道下切的方法，其特征是通過兩張不同時期的航片中得到各自的溝道深度值先后為G1, G2，其中航片間隔的年數(shù)N，由數(shù)學模型
14.根據(jù)權利要求I所述的無人機航空攝影遙感量測侵蝕溝溝道年均侵蝕量的方法，其特征是通過兩張不同時期的航片中得到各自的溝道容積值先后為V1, V2，其中航片間隔的年數(shù)N，由數(shù)學模型
15.根據(jù)權利要求I所述的無人機航空攝影遙感量測侵蝕溝溝道年均侵蝕模數(shù)的方法，其特征是通過兩張不同時期的航片中得到各自的溝道容積值先后為V1, V2，其中航片間隔的年數(shù)N，由數(shù)學模型
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無人機航空攝影監(jiān)測土壤侵蝕的方法，其特征是采用無人機低空飛行器作為遙感平臺，集數(shù)碼相機、差分GPS和陀螺平臺于一體，利用數(shù)字攝影技術，利用高分辨率、大比例尺的低空無人機獲取研究區(qū)多次長周期觀測的影像數(shù)據(jù)；通過計算機數(shù)字影像處理系統(tǒng)，將處理好的影像導入CAD，面向研究區(qū)，根據(jù)地物構象規(guī)律和影像特點，在CAD中將土壤侵蝕量調(diào)查因子的數(shù)量和質量在影像上進行識別和量測，包括溝道的長度、寬度、深度、容積等因子，推算出溝頭前進、溝道拓寬、溝道下切值，再算出溝道侵蝕量及多年平均侵蝕模數(shù)，從而對整個研究區(qū)域內(nèi)的土壤侵蝕的變化進行了監(jiān)測，為更好地治理、監(jiān)測水土地流失提供一種方便、高效的方法。
文檔編號G01N21/84GK102749071SQ20121012114
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權日2012年4月24日
發(fā)明者仇琪, 何誠, 馮仲科, 吳斌, 高原 申請人:北京林業(yè)大學