CN110836661A - 一种天坑参数测量方法 - Google Patents

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张远海
吕勇
蒋忠诚
陈伟海
唐全生
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史文强
张晶
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Abstract

本发明公开了一种天坑参数测量方法，属于地貌测量方法，包括：天坑地貌卫星遥感解译；实地勘察，确定数据采集区域；适航条件分析，航线规划；无人机搭载光学传感器数据采集：传输飞行指令并实时监控，断点续航，航线覆盖，光学传感器数据采集结束，采集数据传输；采集数据检查处理，将采集数据通过空三计算软件处理，建立三维模型；天坑单体提取；对天坑三维地貌模型测量各项典型参数并分析。本发明可以获得包括天坑坑口、坑壁、坑底在内的天坑全貌，解决了人工无法全面测量问题，得到了全覆盖、高精度、多视角的天坑貌数据，测量参数全面、准确度高，为天坑地貌的保护、开发利用提供了永久的测量数据。

Description

一种天坑参数测量方法
技术领域
本发明涉及一种天坑参数测量方法，具体涉及一种基于无人机的天坑参数测量的方法。
背景技术
天坑是碳酸盐岩地区由溶洞大厅形成的，深度和口径不小于100米，和（或）体积大于100万立方米，四周或大部分周壁陡崖环绕，且或曾与地下河溶洞相通的特大型漏斗。天坑是岩溶地区奇特而壮观的负地形景观，全球都有分布，目前已发现的天坑约200多个，中国是全球天坑分布最多的国家，在我国，主要分布在汉中以南至那坡以北的岩溶地区。从天坑的定义、分类、形态发育来看，都离不开天坑地貌参数的测量，天坑坑口和坑底形态、口径大小、天坑深度、体积、天坑深度和口径比值等参数是天坑调查研究和开发利用保护的基础参数。
天坑为巨大的负地形，周壁陡崖环绕，传统的测量方法难以准确、快速获取天坑地貌系列参数，由于天坑测量技术方法的不足，限制了天坑的分类、形成演化和对比研究，其开发、利用和保护也缺乏天坑础数据支持。
因此，急需一种能够测量包括坑口、坑壁和坑底的天坑全貌、数据全面准确、操作简单的天坑参数标准化测量方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够测量包括坑口和坑底的天坑全貌、测量数据全面准确、操作简单的天坑地貌参数标准化测量方法，本发明采取了如下技术方案：
一种天坑参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤:
S10、数据采集区域确定：图上作业，通过卫星影像解译天坑地貌，确定天坑地貌测量范围；对天坑地貌测量范围进行实地勘察，确定天坑数据采集区域；
S20、适航条件分析：对所述数据采集区域进行气候地形条件分析，规划天坑地貌无人机飞行航线，确定无人机适航状态；
S30、无人机数据采集：控制中心传输飞行指令，无人机搭载光学传感器带起飞；控制中心实时监控无人机飞行状态及光学传感器数据采集情况；断点续航，航线覆盖，数据采集结束，无人机返航降落；
S40、采集数据检查：将无人机上光学传感器的采集数据进行传输，并检查采集数据；
S50、数据处理：将采集数据通过空三计算软件进行处理，生成数字正射影像和数字表面模型，建立三维地貌模型；
S60、模型分析：对所述三维地貌模型进行分析，识别并提取天坑单体；
S70、天坑地貌参数测量：通过测量软件，在室内对天坑坑口长轴长度、短轴长度、天坑深度、坑口面积、天坑体积等天坑参数进行测量和分析。
进一步地，通过卫星影像的天坑地貌解译，针对天坑地貌特点，进行的特殊航线规划，无人机搭载光学传感器的测量方式为倾斜摄影测量。
进一步地，基于所述三维地貌模型点云数据，采用点云软件，针对天坑地貌特征，确定了天坑坑口长轴长度、短轴长度、天坑深度、坑口面积、天坑体积等参数的具体测量方式和要求。
本发明有益效果：
通过无人机倾斜摄影航拍可以获得包括坑口、坑壁和坑底的天坑全貌，解决了由于天坑周壁陡崖环绕外业人工无法准确测量的问题，得到了全覆盖、高精度、多视角的天坑地貌数据，操作简单高效。航拍获取的数据通过空三计算后生成数字正射影像和数字表面模型，在此基础上建立三维地貌模型。裁切典型天坑单体地貌模型，通过测量软件在室内可多次重复测量天坑地貌系列参数，测量参数全面、准确度高，为天坑的保护、开发利用提供了永久的测量数据。
附图说明
图1 天坑参数测量方法流程图
图2天坑航拍数据采集区域
图3 石塘天坑群正射影像
图4 石塘天坑群数字表面模型
图5 石塘天坑群三维模型
图 6待测天坑单体的三维模型
图7 天坑长轴长度测量
图8 天坑长轴方位角测量
图9 天坑短轴长度测量
图10 天坑的深度测量
图11 天坑的面积测量
图12 天坑的体积测量。
具体实施方式
一种天坑参数测量方法步骤流程见图1，本实施例以大疆精灵4（RTK）多旋翼智能无人机为飞行平台，搭载光学传感器采集数据，以石塘天坑群为例进行天坑参数测量， 其具体实施方式及步骤如下：
1）数据采集区域确定：图上作业，通过卫星影像解译天坑地貌，确定天坑地貌测量范围；对天坑地貌测量范围进行实地勘察，确定天坑航拍数据采集区域，见图2；
2）适航条件分析：对所述数据采集区域进行气候地形条件分析，规划天坑地貌无人机飞行航线，确定无人机适航状态；
3）无人机数据采集：控制中心传输飞行指令，无人机搭载光学传感器带起飞；控制中心实时监控无人机飞行状态及光学传感器数据采集情况；断点续航，航线覆盖，数据采集结束，无人机返航降落；
4）采集数据检查：将无人机上光学传感器的采集数据进行传输，并检查采集数据；
5）数据处理：将采集数据分别通过Smart3D和PIX4D软件进行空三计算空三计算软件进行处理，形成天坑正射影像（图3）、数字高程模型（图4），建立三维地貌模型（图5）；
6）模型分析：对所述三维地貌模型进行分析，识别并提取待测天坑单体，见图6；
天坑地貌参数测量：通过测量软件，在室内对天坑坑口长轴长度、短轴长度、长轴方位角、天坑深度、坑口面积、天坑体积等参数进行测量和分析。
本实施例中的石塘天坑案例采用cyclone软件，通过三维模型中点云数据对天坑参数进行测量，方位角采用google earth进行测量。
待测天坑最长两端投影点的水平距离即为天坑的长轴长度,测量的天坑长轴长度为805.830m，见图7。在googleearth上测得长轴方位角为288.63°，见图8。天坑的短轴长度为坑口最短两端点投影点的水平距离，测量天坑的短轴长度为377.606m，见图9。天坑坑口到底部平面的垂直距离为天坑深度，测得深度为126.978m，见图10。测量天坑的坑口面积为242134m2，见图11。天坑体积为167167.4212909m3，见图12。
通过对天坑单体逐个的测量系列地貌参数，获得天坑地貌特征参数集，为天坑的研究、保护和开发利用提供基础测量数据。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围的。

Claims (3)

1.一种天坑参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤:
S10、数据采集区域确定：图上作业，通过卫星影像解译天坑地貌，确定天坑地貌测量范围；对天坑地貌测量范围进行实地勘察，确定天坑数据采集区域；
S20、适航条件分析：对所述数据采集区域进行气候地形条件分析，规划天坑地貌无人机飞行航线，确定无人机适航状态；
S30、无人机数据采集：控制中心传输飞行指令，无人机搭载光学传感器带起飞；控制中心实时监控无人机飞行状态及光学传感器数据采集情况；断点续航，航线覆盖，数据采集结束，无人机返航降落；
S40、采集数据检查：将无人机上光学传感器的采集数据进行传输，并检查采集数据；
S50、数据处理：将采集数据通过空三计算软件进行处理，生成数字正射影像和数字表面模型，建立三维地貌模型；
S60、模型分析：对所述三维地貌模型进行分析，识别并提取天坑单体；
S70、天坑地貌参数测量：通过测量软件，在室内对天坑坑口长轴长度、短轴长度、天坑深度、坑口面积、天坑体积等等天坑参数进行测量和分析。
2.根据权利要求1所述的天坑参数测量方法，其特征在于，通过卫星影像的天坑地貌解译，针对天坑地貌特点，进行的特殊航线规划，无人机搭载光学传感器的测量方式为倾斜摄影测量。
3.根据权利要求1所述的天坑参数测量方法，其特征在于，基于所述三维地貌模型点云数据，采用点云软件，针对天坑地貌特征，确定了天坑坑口长轴长度、短轴长度、天坑深度、坑口面积、天坑体积等参数的具体测量方式和要求。
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