[发明专利]一种基于无人机航空摄影监测土壤侵蚀的方法

说明书

一、技术领域

本发明是关于监测土壤侵蚀的方法，特别一种基于无人机航空摄影监测土壤侵蚀的方法。 

二、技术背景

传统的土壤侵蚀调查方法，是在设置地面样，定期进行实测，同时普遍利用航空遥感和航天卫星遥感进行调查，但上述种种技术都有其明显的缺点和不足： 

①设置地面样地、径流小区进行定期实测时行动缓慢，劳动量大、需要大量的人工投入，成本高，周期长； 

②利用普通的载人航空遥感由于需要转场等诸多环节，费用比较高，难以经常性开展，安全性差； 

③采用航天卫星遥感监测时，其时空分辨率较低，飞行高度在云层之上，影像清晰度受云层影响较大，而且侵蚀多分布在山区、地形复杂，所以精度较低，而高分辨率的遥感影像价格昂贵，还受到重访周期的限制和云的影响。 

所以在土壤侵蚀调查过程中采用传统的设置地面样地、径流小区、载人航空遥感和航天卫星遥感等方法时，不可避免地带来很多麻烦且效率低下。因此，现有技术存在成本高，周期长，受云层影响大，安全性差等缺点，怎样在不影响航测精度的情况下，降低成本，缩短影像更新周期，提高影像清晰度，增大安全性成为本领域科技人员急待解决的问题。 

三、发明内容

为了克服现有的方法在监测土壤侵蚀过程中不可避免地带来的很多麻烦，提高工作效率，本发明的目的是提供一种基于无人机航空摄影监测土壤侵蚀方法，它克服了现有方法存在的上述缺点。 

本发明的目的是这样实现的： 

1.在研究区内，采用无人机低空飞行器作为遥感平台，集数码相机、差分GPS和陀螺平台于一体，利用数字摄影技术，获取高地面分辨率、大比例尺的低空无人机对研究区域进行多次长周期观测得到的影像数据； 

2.通过计算机数字影像处理系统，面向土壤流失比较严重的研究区，将得到的影像进行正射纠正处理，由原先的中心投影变为正射投影，相应的也更改比例尺的关系，于是得到处理好的影像。再将处理好的影像，一般为tif格式，导入CAD中，根据地物构象规律和影像特点，将土壤侵蚀区域的侵蚀发育程度的调查因子的数量和质量在CAD中识别和量测出来， 包括航片当时测量到的侵蚀沟道长度、宽度、深度、面积、容积，而后再推算出沟道纵比等因子。 

3.在不同时期的影像对应的侵蚀沟的各项土壤侵蚀因子量，从而得到沟头前进、沟道拓宽、沟道下切等定量分析的值，于是得到不同时期的侵蚀量及年平均侵蚀模数，编制航空土壤侵蚀调查表，从而对整个研究区域内的土壤侵蚀的变化进行了监测。 

编制航空土壤侵蚀调查表的方法如下：根据影像在CAD上判读、量测的土壤侵蚀因子，包括侵蚀沟道长度、宽度、深度、面积、容积、沟道纵比等因子为地面上实测土壤侵蚀编制以下调查表：①根据地面上一些实测的侵蚀沟长度、宽度、容积、沟头至沟口高差与航空测量中得到的值进行对比，得到实测与精测结果比较表，通过对精度的比较反观航测时的精度是否可信；②根据某些相同沟道不同时期的航片，在CAD中经测量后得到沟道不同时期形态变化量测结果表，包括沟道面积，沟道长度，沟道宽度，沟道深度，沟道容积；③根据沟道不同时期形态变化量测结果表，最后可以得到沟道不同时期侵蚀速度、侵蚀量及侵蚀模数表，包括沟头前进、沟道拓宽、沟道下切、侵蚀量、年均侵蚀模数等计算量。 

其中量测侵蚀沟道长度的方法如下：通过计算机数字影像处理系统，将无人机低空飞行器的遥感平台中的集数码相机、差分GPS、陀螺、数字摄影技术相结合，获取到影像中真实坐标值，设侵蚀沟道AB的长度为L，(X₁，Y₁，Z₁)为沟头中心A点的坐标，(X₂，Y₂，Z₂)为沟口中心B点的坐标，由数学模型1： 计算得到沟道长度，附图1。 

其中量测侵蚀沟道宽度的方法如下：通过计算机数字影像处理系统获取到影像中真实坐标值，以沟道中线为基准，与其相切两个方向上与沟道缘线的交点之间的距离为侵蚀沟道的宽度，设侵蚀沟道AB中线上点C(C_x，C_y，C_z)与沟道缘线的交点为D(D_x，D_y，D_z)，E(E_x，E_y，E_z)，则由数学模型2： 得到C点上的沟道宽度，附图1。