[发明专利]一种基于UAV航测地形数据测量干枯河床沙波形态参数的方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机(Unmanned Aerial Vehicle)航测地形数据以测量干枯河床沙波形态参数的方法，主要技术手段是在选定的干枯河床进行无人机低空航测，用来测量沙波波高Δ和总波长λ，并根据对不同干枯河床的沙波形态空间分辨率的要求，确定UAV的飞行高度与重叠度，得到的航测影像数据。采用RTK(Real‑time kinematic)载波相位差分技术，获取某些特征高程点，用于地形数据的校正。运用ArcMap、Cloud Compare和Pix4D的图像处理工具进行DEM数据噪声的深度处理，得到可靠的高精度、高分辨率的地形数据，最终测量计算获得干枯河床的沙波形态参数，包括总波长λ、迎水波长λ₁、背水波长λ₂、沙波波高Δ、迎水波角α和背水波角β。

技术领域

本发明涉及河床演变学、泥沙运动力学、无人机航测技术应用及地形数据处理等领域。

背景技术

沙波是泥沙颗粒在河床上发生的集体运动形成的特定形态，其普遍发育和存在于自然河流中，是水流、泥沙与河床相互作用的结果。沙波是推移质泥沙运动的重要形式，其发展与河床阻力、近底水流与泥沙运动有着密切的联系。自然河流形态万千，水流条件各异，随着水流条件的增强，沙波形态会经历几个不同的发展阶段，其发展过程为平整、沙纹、沙垄、过渡、平整、沙浪、碎浪、急滩与深潭。整个过程分为两个明显的阶段：第一个阶段出现沙纹及沙垄；第二个阶段出现沙浪。这两个阶段之间存在着一个过渡区，床面或者恢复平整，或者还遗留有即将被抹去的沙垄的残迹。在一般冲积河流中，比较常见的是沙纹和沙垄，沙浪、急滩和深潭则较为少见。当冲积河流中的水流泥沙条件发生变化时，床面形态要发生相应的变化。不同的床面形态，其相应的水流阻力是不一样的，因而研究沙波形态参数的问题对冲积河流的动床阻力和推移质输沙率计算具有有较大的科学价值。然而，中高水位条件下，沙波淹没于水下的近底河床，采用介入式测量仪器会干扰近底水流和床面形态，进而破坏沙波形态。而且，一般情况河道近底水体浑浊，采用光学或声学仪器(激光地形仪或侧扫声纳仪)也难以穿透浑浊水体，测量二维或三维沙波几何形态。当河流进入枯水期或因水库蓄水导致下游河道水位下降之后，部分河床干枯或两侧边滩出露大面积的沙波，此时采用非接触式测量仪器或装置(如无人机)测量沙波形态参数，不仅具有方法可行性，而且可以根据沙波高度和波长采用不同分辨率的测量方式，从而大大提高了测量精度与效率。

目前常用的技术手段与测量方法是人工手动测量或利用侧扫声纳介入式测量沙波形态参数，这些传统方法需要携带大量繁重工具，徒步至河岸或租船，耗费一定时间才可进行测量，测量地域面积小，操作繁琐，需要大量人工和财力，而且精度较低，其中人工操作多而带来的误差大且难以避免。无人机(Unmanned Aerial Vehicle)技术近年来迅猛发展，由于无人机航测的成本低、可操作性强、获取影像分辨率高等优点，成为除遥感卫星外，是另一种高效获取高分辨率影像及地形数据的野外测量方法。

作者通过10余次对长江源、黄河源和澜沧江源等进行野外河流考察与观测，总结和对比无人机航测影像和地形数据，结合基于UAV航测地形数据的噪声处理技术，提出一种基于UAV航测地形数据测量干枯河床沙波形态参数的方法。该方法操作简单，干扰少，极大降低时间与人力成本，在测量干枯河床地形的同时，可测量干枯河床的沙波形态参数，为干枯河床沙波形态参数计算和动床阻力计算提供了科学且可靠的测量方法。

发明内容

本发明要解决的问题是：

1、确定被测干枯河床的边界位置。

2、无人机飞行参数的设定与飞行路径的规划。

3、无人机航测数据的处理与提取计算干枯河床沙波形态参数。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

1、确定需要研究沙波形态的一段干枯河床(以下简称A河床)。