一种基于无人机的沙障固沙功能监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无人机的沙障固沙功能监测方法；包括：采用无人机获取目标沙障控制区图像；对目标沙障控制区图像进行空三运算，获得目标沙障控制区的数字正射影像图DOM和数字地表模型图DSM；并对数字地表模型图DSM进行处理，获得目标沙障控制区的数字高程模型图DEM；根据数字高程模型图DEM绘制目标沙障控制区的地形图；根据数字正射影像图DOM、数字高程模型图DEM和地形图，计算目标沙障控制区的风积量和风蚀量；通过该方法能够快速有效地对沙障固沙功能进行监测，同时提高监测效率，降低监测成本。低监测成本。低监测成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机的沙障固沙功能监测方法


[0001]本专利技术属于防风固沙
，特别是一种基于无人机的沙障固沙功能监测方法。

技术介绍

[0002]目前，针对沙障固沙功能的监测仍然普遍采取传统的“标签法”。随着监测仪器的出现也产生了“积沙仪法”。这些方法是在沙障建植区即沙障控制区以地面形式设置标桩和积沙仪的定点固定的测量方法，最后以定位点的沙面活动变化来推算活沙障的固沙效果(固沙功能)。现在还没有利用航空无人机手段对沙障固沙功能进行大范围监测的技术手段。
[0003]传统沙障固沙功能监测方法具有以下不足：
[0004]一、传统的监测方法以定位点的沙面活动变化来推算活沙障的固沙效果(固沙功能)，无疑会对沙障整体(或一个完整的沙障建植区)的固沙效果定量评价带来一定的误差，况且风带动沙粒的流动在一定区域中并不呈现均一性，因此传统的以点带面的监测方法存在以偏概全的严重不足；
[0005]二、在通过传统监测方法进行大面积监测时，需要许多符合监测标准的标桩和仪器，同时还需要人工现地对标桩和仪器进行布设，并不时测量和取样记载；可见传统监测方法费时、费事、费力；
[0006]三、传统的监测方法中，标签法只能获得沙面的高度变化；积沙仪法只能获得沙粒移动的体积。也就是说，传统方法直接监测的仅为单项指标。并且通过传统监测方法无法监测到沙丘三维形态的直观变化。
[0007]因此，如何快速有效地对沙障固沙功能进行监测，同时提高监测效率，降低监测成本，成为当前研究的关键问题。

技术实现思路
/>[0008]鉴于上述问题，本专利技术提供一种至少解决上述部分技术问题的一种基于无人机的沙障固沙功能监测方法，通过该方法能够快速有效地对沙障固沙功能进行监测，同时提高监测效率，降低监测成本。
[0009]本专利技术实施例提供了一种基于无人机的沙障固沙功能监测方法，包括：
[0010]S1、采用无人机获取目标沙障控制区图像；
[0011]S2、对所述目标沙障控制区图像进行空三运算，获得所述目标沙障控制区的数字正射影像图DOM和数字地表模型图DSM；并对所述数字地表模型图DSM进行处理，获得所述目标沙障控制区的数字高程模型图DEM；
[0012]S3、根据所述数字高程模型图DEM绘制所述目标沙障控制区的地形图；
[0013]S4、根据所述数字正射影像图DOM、数字高程模型图DEM和地形图，计算所述目标沙障控制区的风积量和风蚀量。
[0014]进一步地，所述S1具体包括：
[0015]布设像控点和检查点：在所述目标沙障控制区的四角及中心部位各设一个像控点，在所述无人机航飞区域内均匀布设多个检查点；
[0016]对所述无人机的飞行参数进行设置：所述无人机的旋偏角不大于15
°
；所述无人机的航线弯曲度不大于3％；所述无人机的航线旁向重叠度为70％；所述无人机的航摄像片航向重叠度为80％；所述无人机航速为7.9m/s；所述无人机航高为100m；所述目标沙障控制区航摄图像的长和宽比例为4:3。
[0017]进一步地，所述无人机上承载有RTK仪器和摄像机。
[0018]进一步地，所述S2具体包括：
[0019]S21、采用Pix4Dmapper软件对所述RTK仪器和摄像机拍摄的目标沙障控制区图像进行空三运算，获得所述目标沙障控制区的数字正射影像图DOM和数字地表模型图DSM；
[0020]S22、采用PixelGrid软件对所述数字地表模型图DSM进行立体编辑，获得所述目标沙障控制区的数字高程模型图DEM。
[0021]进一步地，所述S3具体包括：
[0022]S31、采用EPS三维测图软件，加载经所述数字地表模型图DSM的垂直影像图，以面选方式按预设大小网格提取高程点；对于沙丘脊线、坡底线以点选方式加密提取；并将提取出的高程点导出扩展名为.dat的高程点数据文件；
[0023]S32、通过CASS软件对所述高程点数据文件进行处理，具体为剔除畸变点后，基于预设等高距生成等高线，并对所述等高线进行光滑处理；
[0024]S33、基于所述S32光滑处理后的等高线，通过EPS软件将所述目标沙障控制区内的景物以相应的符号勾绘到图中，形成所述目标沙障控制区的地形图。
[0025]进一步地，所述S4具体包括：
[0026]根据所述地形图计算所述目标沙障控制区的沙丘脊线水平位移和坡脚线水平位移变化数据；
[0027]根据所述数字正射影像图DOM和地形图，计算所述目标沙障控制区的沙丘高程变化数据；
[0028]根据所述数字高程模型图DEM计算所述目标沙障控制区的沙丘移动土方量变化数据。
[0029]进一步地，所述根据所述地形图计算所述目标沙障控制区的沙丘脊线水平位移和坡脚线水平位移，具体包括：
[0030]在EPS三维测图软件中，分别载入历史数字地表模型图DSM和当前阶段数字地表模型图DSM；
[0031]采用点选方式分别采集所述历史数字地表模型图DSM和当前阶段数字地表模型图DSM中，沙丘脊线与坡脚线的地形特征点，并将所述沙丘脊线与坡脚线的地形特征点导出为dat数据文件；
[0032]将所述dat文件导入所述CASS软件中，分别绘制出历史阶段和当前阶段的沙丘脊线与坡脚线；
[0033]用当前阶段的沙丘脊线与坡脚线数据减去历史阶段的沙丘脊线与坡脚线数据，所得正值属风蚀量；所得负值属风积量。
[0034]进一步地，所述根据所述数字正射影像图DOM和地形图，计算所述目标沙障控制区的沙丘高程变化数据，具体包括：
[0035]通过ArcGIS分析历史阶段所述目标沙障控制区的数字正射影像图DOM中的沙丘分布形态，以及当前阶段所述目标沙障控制区的数字正射影像图DOM中的沙丘分布形态；并分别沿关键沙丘脊线切画出历史阶段与当前阶段的高程变化剖面线；
[0036]将所述高程变化剖面线与对应阶段的所述地形图叠加，采用CASS分别绘制出历史阶段沙丘脊线高程变化图，以及当前阶段沙丘脊线高程变化图；
[0037]通过当前阶段沙丘脊线高程变化数据减去历史阶段沙丘脊线高程变化数据，所得正值属风积量；所得负值属风蚀量。
[0038]进一步地，所述根据所述数字高程模型图DEM计算所述目标沙障控制区的沙丘移动土方量变化数据，具体包括：
[0039]分别根据历史阶段与当前阶段的所述数字高程模型图DEM，生成历史阶段与当前阶段的数字地形模型DTM；
[0040]通过CASS软件分别从历史阶段与当前阶段的数字地形模型DTM中，获取历史阶段与当前阶段的沙丘移动土方量数据；
[0041]通过当前阶段的沙丘移动土方量数据减去历史阶段的沙丘移动土方量数据，所得正值属风积量；所得负值属风蚀量。
[0042]与现有技术相比，本专利技术记载的一种基于无人机的沙障固沙功能监测方法，具有如下有益效果：
[0043]通过无人机进行监测，实现大范围面上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的沙障固沙功能监测方法，其特征在于，包括：S1、采用无人机获取目标沙障控制区图像；S2、对所述目标沙障控制区图像进行空三运算，获得所述目标沙障控制区的数字正射影像图DOM和数字地表模型图DSM；并对所述数字地表模型图DSM进行处理，获得所述目标沙障控制区的数字高程模型图DEM；S3、根据所述数字高程模型图DEM绘制所述目标沙障控制区的地形图；S4、根据所述数字正射影像图DOM、数字高程模型图DEM和地形图，计算所述目标沙障控制区的风积量和风蚀量。2.如权利要求1所述的一种基于无人机的沙障固沙功能监测方法，其特征在于，所述S1具体包括：布设像控点和检查点：在所述目标沙障控制区的四角及中心部位各设一个像控点，在所述无人机航飞区域内均匀布设多个检查点；对所述无人机的飞行参数进行设置：所述无人机的旋偏角不大于15
°
；所述无人机的航线弯曲度不大于3％；所述无人机的航线旁向重叠度为70％；所述无人机的航摄像片航向重叠度为80％；所述无人机航速为7.9m/s；所述无人机航高为100m；所述目标沙障控制区航摄图像的长和宽比例为4:3。3.如权利要求2所述的一种基于无人机的沙障固沙功能监测方法，其特征在于，所述无人机上承载有RTK仪器和摄像机。4.如权利要求3所述的一种基于无人机的沙障固沙功能监测方法，其特征在于，所述S2具体包括：S21、采用Pix4Dmapper软件对所述RTK仪器和摄像机拍摄的目标沙障控制区图像进行空三运算，获得所述目标沙障控制区的数字正射影像图DOM和数字地表模型图DSM；S22、采用PixelGrid软件对所述数字地表模型图DSM进行立体编辑，获得所述目标沙障控制区的数字高程模型图DEM。5.如权利要求4所述的一种基于无人机的沙障固沙功能监测方法，其特征在于，所述S3具体包括：S31、采用EPS三维测图软件，加载经所述数字地表模型图DSM的垂直影像图，以面选方式按预设大小网格提取高程点；对于沙丘脊线、坡底线以点选方式加密提取；并将提取出的高程点导出扩展名为.dat的高程点数据文件；S32、通过CASS软件对所述高程点数据文件进行处理，具体为剔除畸变点后，基于预设等高距生成等高线，并对所述等高线进行光滑处理；S33、基于所述S32光滑处理后的等高线，通过EPS软件将所述目标沙障控制区内的景物以相应的符号勾绘到图中，形成所述目标沙障控制区的地形图。6.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓江，高孝威，李梓豪，洪光宇，李卓凡，胡尔查，刘辰明，杨海峰，
申请(专利权)人：内蒙古自治区林业科学研究院，
类型：发明
国别省市：