[发明专利]基于倾斜摄影三维重建技术的淤泥质潮滩地形演变方法

说明书

本发明公开了基于倾斜摄影三维重建技术的淤泥质潮滩地形演变方法，在潮滩目标测量区域内规划好无人机的航线，并在该区域内分布均匀地打上定位桩，并在桩上固定飞盘用作控制点；采用GPS定位系统进行控制点的静态数据采集；使用无人机采集该区域航摄相片；利用三维建模软件将无人机拍摄的照片生成该区域的点云和正射影像；从正射影像中识别出积水区域，并将积水区域从点云数据中剔除；将所采集到的静态数据耦合在已处理的点云数据中，并建立该区域的三维模型，即可得到该区域的潮滩高程信息；使用Rod‑SET系统验证模型误差；对同一区域周期性的监测建模，即可监测到该区域的冲淤演变。本发明的有益效果是地形测量的高程精度达厘米级。

技术领域

本发明属于地质测量技术领域，涉及基于倾斜摄影三维重建技术的淤泥质潮滩地形演变方法。

背景技术

我国的滩涂分布广泛，通过围垦开发可形成大规模的土地后备资源。自80年代中期，潮滩沉积研究的进展之一是对潮滩沉积过程、地貌演变的野外观测研究。淤泥质潮滩宽阔、平坦、水深小，滩面上潮流、波浪等的非线性作用强烈；淤泥、粉砂、砂等底质在潮滩横向上分选明显，泥沙运动规律在潮滩横向上变化较大。因此，需要可靠的现场地形测量方法去获得滩涂地形，对掌握海岸滩涂演变规律，海岸带资源开发、利用和保护等具有重要的现实指导意义。但是滩涂高程作为科学研究的重要基础资料却较难获得。

目前淤泥质潮滩地形的测量方法有传统人工跑滩、船载测试仪测量、机载激光雷达和卫星遥感测量，这些方法由于环境条件、成本限制，都不太适用于淤泥质潮滩的高程测量。通过无人机的摄影测量可以实现快速的、空间分辨率适中的海岸地貌演化过程监测。基于无人机的倾斜摄影测量方法测量地面高程已经应用于砂质、基岩等类型的海岸，但在淤泥质潮滩上的测量技术还不太成熟。这是由于淤泥质潮滩泥泞易陷、潮沟纵横，不仅测量效率低，并有人身和设备的安全风险，很难在落潮期间短暂的露滩时间里去布设必须数目的地面控制点并测量其高程。并且直接将地面控制点放置于泥泞的淤泥质潮滩上，控制点容易引起潮滩高程的变化，破坏研究地形。因此，现有的基于无人机倾斜摄影测量高程的方法不足以发展成为具有可操作的淤泥质潮滩地形演变监测方法体系。

发明内容

本发明的目的在于提供基于倾斜摄影三维重建技术的淤泥质潮滩地形演变方法，解决了落潮期间因淤泥质潮滩露滩时间限制而无法展开控制点高程测量的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1，确定监测淤泥质潮滩地形的范围和监测时间范围；

步骤2，在监测淤泥质潮滩地形范围内均匀打上定位桩，使用GPS定位系统测量桩顶控制点高程，并在一段时间后复测，确保其短期不发生沉降；

步骤3，在定点桩上固定飞盘用作无人机的控制点；

步骤4，在监测区域内规划无人机飞行航线，从四个不同方向、相机镜头分别倾斜45度角各飞行一次，飞行方向两两相互垂直；

步骤5，在监测区域内使用无人机采集该区域航摄相片；

步骤6，利用三维建模软件将无人机拍摄的照片生成该区域的点云和正射影像，从正射影像中识别出积水区域，并将积水区域从点云数据中剔除；

步骤7，利用监测区域内采集的桩顶控制点高程信息耦合已处理好的点云数据，使用三维建模软件建立该区域的三维模型和数字高程模型，得到该区域的潮滩高程信息；

步骤8，利用Rod-SET系统验证模型误差：使用Rod-SET仪器在同一个定位桩的四个不同方向分别测出五个不同距离的高程信息；

对同一个定位桩的20个高程信息按圆形区域最大半径分别平均，并将平均值赋予圆形区域上；

将圆形区域的高程值与步骤7中已获得的淤泥质潮滩高程信息做均方根误差，来验证该淤泥质潮滩高程信息的误差；