CN109489547A - 一种堆渣体堆渣量动态变化的监测方法 - Google Patents

一种堆渣体堆渣量动态变化的监测方法 Download PDF

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张平仓
许文盛
孙佳佳
江民
聂文婷
沈盛彧
王峰
王一峰
邓灵敏
崔豪
杨晶
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    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques

Abstract

本发明涉及生产建设项目水土保持监测技术领域,公开了一种堆渣体堆渣量动态变化的监测方法,包括以下步骤:S1、通过无人机遥感获取堆渣体堆渣量的原始影像数据;S2、根据现行的水土保持监测技术规程,对原始影像数据进行处理,形成立体覆盖影像;S3、从立体覆盖影像中提取出DEM数据,形成DEM成果,对DEM成果正射校正后获得DOM成果;S4、根据DOM成果,标识出详细位置,并计算堆渣量;S5、根据DEM数据,构建堆渣体的三维模型,计算堆渣量;S6、获得堆渣体的动态变化量;S7、获得堆渣量的动态变化量,这种堆渣体堆渣量动态变化的监测方法,简单实用,推进水土保持监测工作的定量化、精细化和信息化发展。

Description

一种堆渣体堆渣量动态变化的监测方法
技术领域
本发明涉及生产建设项目水土保持监测技术领域,特别涉及一种堆渣体堆渣量动态变化的监测方法。
背景技术
采用无人机低空飞行器作为遥感平台,无人机遥感为生产建设项目水土保持监测提供了新的技术支撑手段,但这一技术在生产建设项目水土保持监测工作中的应用尚处于起步阶段,还未形成统一有效的方法与标准。
本发明将无人机遥感技术与水土保持监测现行的规范规程相结合,从基础数据获取、监测信息提取及信息在水土保持监测中的应用等三方面,构建了基于无人机遥感的一种关于堆渣体堆渣量动态变化的监测方法。
发明内容
本发明提供一种堆渣体堆渣量动态变化的监测方法,可以解决现有技术中的上述问题。
本发明提供了一种堆渣体堆渣量动态变化的监测方法,包括以下步骤:
S1、通过无人机遥感获取堆渣体的原始影像数据;
S2、根据现行的水土保持监测技术规程,对堆渣体的原始影像数据进行处理,形成堆渣体的立体覆盖影像;
S3、从堆渣体的立体覆盖影像中提取出DEM(Digital Elevation Model数字高程模型)数据,形成DEM(Digital Elevation Model数字高程模型)成果,对DEM(DigitalElevation Model数字高程模型)成果正射校正后获得DOM(Digital Orthophoto Map,数字正射影像图)成果;
S4、根据DEM(Digital Elevation Model数字高程模型)数据,构建堆渣体的三维模型,并呈现堆渣体的细节与全貌,得到堆渣体的位置,根据体积的计算方式计算堆渣体的堆渣量;
S5、根据DOM(Digital Orthophoto Map,数字正射影像图)成果,勾画出堆渣体的立体图形,标识出堆渣体的详细位置,并计算堆渣体的堆渣量;
S6、将S4中获得的堆渣体的位置和S5中获得的堆渣体的位置进行对比,获得堆渣体的动态变化量;
S7、将S4中计算的堆渣量和S5中计算的堆渣量进行对比,获得堆渣量的动态变化量。
进一步地,所述步骤S1中通过无人机遥感获取堆渣体的原始影像数据包括以下步骤:
S11、根据堆渣体的原始影像数据获取要求,布设一定数量的地面标识作为控制点,同时布设一定数量的解译标志;
S12、在无人机上配置全球定位系统(Global Positioning System,GPS)、惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)、光学照相机和数据传输装置;
S13、设计好无人机的飞行路线,实施无人机飞行和拍摄,获取堆渣体的原始影像数据。
进一步地,所述飞行路线包括:飞行方向、飞行高度、角度、航向及旁向重叠度。
进一步地,所述步骤S2中在堆渣体的原始影像数据处理前,通过拍摄的日记文件(logfile)来预览原始影像的分布和位置,筛选出有效数据,对有效数据进行处理后,形成堆渣体的立体覆盖影像。
进一步地,所述步骤S2中对堆渣体的原始影像数据进行处理是通过ERDASIMAGINE软件中LPS(Leica Photogrammetry Suite)模块进行处理。
进一步地,所述步骤S3中从堆渣体的立体覆盖影像中提取出数字高程模型数据包括以下步骤:
S31、通过导入堆渣体的原始影像和GCP(Ground Control Point,地面控制点)坐标,利用光束法区域网空中三角测量建立几何参考和立体模型;
S32、根据立体模型中自动生成的同名点及立体模型初始的内外方位信息,反复进行空三运算,剔除误差较大的同名点,完成全部重叠影像的空三运算,提取出数字高程模型数据。
进一步地,所述步骤S4和S5中计算堆渣体的堆渣量是利用微分思想,用高程乘以栅格大小,累加起来近似得到堆渣体的体积。
进一步地,所述步骤S7中的堆渣量进行对比为体积差的计算,需用两个时间点量得的高程差乘以栅格大小,累加起来即得到两个时间点之间时间段内监测对象体积的变化。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
与早期的卫星遥感监测手段相比,本发明构建的方法简单实用,通过设置航迹、飞行高度等参数,可以获取满足精度要求的高分辨率影像,很好地解决了卫星影像固定时空分辨率影响监测精度的问题,可切实提高无人机遥感在水土保持监测中应用的技术水平,推进水土保持监测工作的定量化、精细化和信息化发展。
附图说明
图1为本发明提供的一种堆渣体堆渣量动态变化的监测方法的流程框图。
图2为本发明提供的一种堆渣体堆渣量动态变化的监测方法中的项目区飞行航迹规划图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的一个具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示,本发明实施例提供的一种堆渣体堆渣量动态变化的监测方法,包括以下步骤:
S1、通过无人机遥感获取堆渣体的原始影像数据;
S2、根据现行的水土保持监测技术规程,对堆渣体的原始影像数据进行处理,形成堆渣体的立体覆盖影像;
S3、从堆渣体的立体覆盖影像中提取出DEM(Digital Elevation Model数字高程模型)数据,形成DEM(Digital Elevation Model数字高程模型)成果,对DEM(DigitalElevation Model数字高程模型)成果正射校正后获得DOM(Digital Orthophoto Map,数字正射影像图)成果;
S4、根据DEM(Digital Elevation Model数字高程模型)数据,构建堆渣体的三维模型,并呈现堆渣体的细节与全貌,得到堆渣体的位置,根据体积的计算方式计算堆渣体的堆渣量;
S5、根据DOM(Digital Orthophoto Map,数字正射影像图)成果,勾画出堆渣体的立体图形,标识出详细位置,并计算堆渣体的堆渣量;
S6、将S4中的堆渣体的位置和S5中的堆渣体的位置进行对比,获得堆渣体的动态变化量;
S7、将S4中的堆渣量和S5中的堆渣量进行对比,获得堆渣量的动态变化量。
进一步地,所述步骤S1中通过无人机遥感获取堆渣体的原始影像数据包括以下步骤:
S11、根据堆渣体的原始影像数据获取要求,布设一定数量的地面标识作为控制点,同时布设一定数量的解译标志;
S12、在无人机上配置全球定位系统(Global Positioning System,GPS)、惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)、光学照相机和数据传输装置;
S13、设计好无人机的飞行路线,实施无人机飞行和拍摄,获取堆渣体的原始影像数据。
进一步地,所述飞行路线包括:飞行方向、飞行高度、角度、航向及旁向重叠度。
进一步地,所述步骤S2中在堆渣体的原始影像数据处理前,通过拍摄的日记文件(logfile)来预览原始影像的分布和位置,筛选出有效数据,对有效数据进行处理后,形成堆渣体的立体覆盖影像。
进一步地,所述步骤S2中对堆渣体的原始影像数据进行处理是通过ERDASIMAGINE软件中LPS(Leica Photogrammetry Suite)模块进行处理。
进一步地,所述步骤S3中从堆渣体的立体覆盖影像中提取出数字高程模型数据包括以下步骤:
S31、通过导入堆渣体的原始影像和GCP坐标,利用光束法区域网空中三角测量建立几何参考和立体模型;
S32、根据立体模型中自动生成的同名点及立体模型初始的内外方位信息,反复进行空三运算,剔除误差较大的同名点,完成全部重叠影像的空三运算,提取出数字高程模型数据。
进一步地,所述步骤S4和S5中计算堆渣体的堆渣量是利用微分思想,用高程乘以栅格大小,累加起来可近似得到堆渣体的体积。
进一步地,所述步骤S7中的堆渣量进行对比为体积差的计算,需用两个时间点量得的高程差乘以栅格大小,累加起来即可得到两个时间点之间时间段内监测对象体积的变化。
根据项目区范围、成果精度要求(针对数字高程模型DEM,数字正射影像DOM),进行飞行规划设计,见图2说明,包括:设定飞行方向、飞行高度、角度、航向及旁向重叠度等。同时,布设一定数量的地面标识作为控制点(Ground Control Point,GCP),其数量需满足精度要求,一般精度都要达到亚米级(0.5~1m)。控制点坐标的采集,一种是用手持GPS获取,另一种是使用全站仪或差分GPS测量(精度可以达±10mm),后者精度更高。除了控制点外,还可布设一定数量的解译标志,需覆盖项目区的全部地物类型,为后续影像分类提供依据。
无人机上配置全球定位系统(Global Positioning System,GPS)和惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)以及特定的传感器,如光学相机;同时,根据数据获取的要求,还可搭载实时数据传输装置。当设备配置完毕后,即可根据设计好的飞行路线,实施无人机飞行和拍摄,获取原始的遥感影像数据。
数据处理前,通过拍摄的日记文件(logfile)来预览影像的分布和位置,筛选出有效数据,即:形成立体覆盖影像。获取的原始影像,是RAW格式,需进行一定的图像增强处理,调整对比度、饱和度和亮度,转换成TIFF格式。数据处理,使用的是ERDAS软件制作的LPS(Leica Photogrammetry Suite)模块。首先,通过导入影像和GCP坐标,利用光束法区域网空中三角测量建立几何参考和立体模型。然后,根据自动生成的同名点及初始的内外方位信息,反复进行空三运算,剔除误差较大的同名点,完成全部重叠影像的空三运算,提取出DEM数据,形成DEM成果,并进行正射校正,形成镶嵌后的DOM成果。
通过DOM成果,勾画矢量及测量计算,获取堆渣体的面积、位置等。计算方量时,利用微分思想,用高程乘以栅格大小,累加起来可近似得到堆渣体的体积。体积差的计算,需用两个时间点量得的高程差乘以大小,累加起来即可得到该时间段内监测对象体积的变化。
基础数据获取包括飞行规划设计、原始数据获取及原始数据处理等步骤,最终生成DEM和DOM成果;监测信息提取可在DEM或DOM成果上进行,通常包括堆渣体位置、面积及体积等;信息应用主要是结合水土保持监测现行的相关规程规范,将提取出的有效信息应用到生产建设项目水土保持监测工作中。
与早期的卫星遥感监测手段相比,本发明构建的方法简单实用,通过设置航迹、飞行高度等参数,可以获取满足精度要求的高分辨率影像,很好地解决了卫星影像固定时空分辨率影响监测精度的问题,可切实提高无人机遥感在水土保持监测中应用的技术水平,推进水土保持监测工作的定量化、精细化和信息化发展。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例,但是,本发明实施例并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种堆渣体堆渣量动态变化的监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、通过无人机遥感获取堆渣体的原始影像数据;
S2、根据现行的水土保持监测技术规程,对堆渣体的原始影像数据进行处理,形成堆渣体的立体覆盖影像;
S3、从堆渣体的立体覆盖影像中提取出DEM数据,形成DEM成果,对DEM成果正射校正后获得DOM成果;
S4、根据DEM数据,构建堆渣体的三维模型,并呈现堆渣体的细节与全貌,得到堆渣体的位置,根据体积的计算方式计算堆渣体的堆渣量;
S5、根据DOM成果,勾画出堆渣体的立体图形,标识出堆渣体的详细位置,并计算堆渣体的堆渣量;
S6、将S4中获得的堆渣体的位置和S5中获得的堆渣体的位置进行对比,获得堆渣体的动态变化量;
S7、将S4中计算的堆渣量和S5中计算的堆渣量进行对比,获得堆渣量的动态变化量。
2.如权利要求1所述的堆渣体堆渣量动态变化的监测方法,其特征在于,所述步骤S1中通过无人机遥感获取堆渣体的原始影像数据包括以下步骤:
S11、根据堆渣体的原始影像数据获取要求,布设一定数量的地面标识作为控制点,同时布设一定数量的解译标志;
S12、在无人机上配置全球定位系统、惯性测量单元、光学照相机和数据传输装置;
S13、设计好无人机的飞行路线,实施无人机飞行和拍摄,获取堆渣体的原始影像数据。
3.如权利要求2所述的堆渣体堆渣量动态变化的监测方法,其特征在于,所述飞行路线包括:飞行方向、飞行高度、角度、航向及旁向重叠度。
4.如权利要求1所述的堆渣体堆渣量动态变化的监测方法,其特征在于,所述步骤S2中在堆渣体的原始影像数据处理前,通过拍摄的日记文件来预览原始影像的分布和位置,筛选出有效数据,对有效数据进行处理后,形成堆渣体的立体覆盖影像。
5.如权利要求1所述的堆渣体堆渣量动态变化的监测方法,其特征在于,所述步骤S2中对堆渣体的原始影像数据进行处理是通过ERDAS IMAGINE软件中LPS模块进行处理。
6.如权利要求1所述的堆渣体堆渣量动态变化的监测方法,其特征在于,所述步骤S3中从堆渣体的立体覆盖影像中提取出DEM数据包括以下步骤:
S31、通过导入堆渣体的原始影像和GCP坐标,利用光束法区域网空中三角测量建立几何参考和立体模型;
S32、根据立体模型中自动生成的同名点及立体模型初始的内外方位信息,反复进行空三运算,剔除误差较大的同名点,完成全部重叠影像的空三运算,提取出DEM数据。
7.如权利要求1所述的堆渣体堆渣量动态变化的监测方法,其特征在于,所述步骤S4和S5中计算堆渣体的堆渣量是利用微分思想,用高程乘以栅格大小,累加起来近似得到堆渣体的体积。
8.如权利要求7所述的堆渣体堆渣量动态变化的监测方法,其特征在于,所述步骤S7中的堆渣量进行对比为体积差的计算,需用两个时间点量得的高程差乘以栅格大小,累加起来即得到两个时间点之间时间段内监测对象体积的变化。
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