CN111189433A - 一种基于无人机航拍的岩溶峰林地貌参数测量方法 - Google Patents

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程洋
陈伟海
张远海
史文强
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Abstract

本发明公开了一种基于无人机航拍的岩溶峰林地貌参数测量方法，属于地貌测量方法，包括：岩溶峰林地貌卫星遥感解译；实地勘察，确定航拍区域；适航条件分析，航线规划；峰林地貌无人机航拍：传输飞行指令并实时监控，断点续航，航线覆盖，数据传输；采集图像质量检查处理：将采集图像通过空三计算软件处理，生成数字正射影像和数字表面模型，建立三维模型；峰林地貌模型裁切提取；对峰林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山峰在内的岩溶峰林全貌，解决了人工无法测量或测量不准确的问题，得到了全覆盖、高精度、多视角的岩溶峰林地貌数据，测量参数全面、准确度高，为岩溶峰林地貌的保护、开发利用提供了永久的测量数据。

Description

一种基于无人机航拍的岩溶峰林地貌参数测量方法
技术领域
本发明涉及一种岩溶峰林地貌测量方法，具体涉及一种基于无人机航拍的岩溶峰林地貌参数测量的方法。
背景技术
岩溶峰林地貌是最典型、最壮美的岩溶地貌类型之一，是桂林山水的核心地貌景观，其峰林单体数量、平面形态、长轴长度和走向、短轴长度和走向、高度、体积、陡坡坡度等参数是岩溶峰林保护和开发利用的基础数据。
目前岩溶峰林地貌测量方法主要通过工作人员野外现场进行测量，其主要步骤为：确定沿测量方向、限定测量范围、在测量范围内铺设坐标控制尺，使用激光测距仪、全站仪等设备进行峰林单体的参数测量，采用单反相机拍摄测量范围内峰林单体的形态照片。在地貌测量过程中，工作人员现场测量的工作量大，遇到大的山峰单体或无法找到制高点时，往往无法全面采集峰林形态数据，整个测量工作周期长，精度低，由于测量人员对峰林地貌认识经验不同，加上测量条件限制，往往测量结果难以重复和标准化，导致所测峰林地貌参数偏差大，难以实际应用。
因此，急需一种能够测量包括山峰在内的岩溶峰林全貌、效率高、测量全面准确、操作简单的岩溶峰林地貌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山峰在内的岩溶峰林全貌、效率高、测量全面准确、操作简单的岩溶峰林地貌参数标准化测量方法，本发明采取了如下技术方案：
一种基于无人机航拍的岩溶峰林地貌参数测量方法，包括以下步骤:
S10、航拍区域确定：图上作业，通过卫星影像解译岩溶峰林地貌，确定岩溶峰林地貌测量范围；对岩溶峰林地貌测量范围进行实地勘察，确定航拍区域；
S20、适航条件分析：对所述航拍区域进行气候地形条件分析，规划峰林地貌航线，确定无人机适航状态；
S30、无人机航拍：控制中心传输飞行指令，无人机起飞；控制中心实时监控无人机飞行状态及航拍摄像情况；断点续航，航拍结束，无人机返航降落；
S40、采集图像检查：将航拍采集图像进行传输，并检查图像质量；
S50、图像处理：将采集图像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；在数字正射影像和数字表面模型基础上建立三维地貌模型；
S60、模型切割：对所述三维地貌模型进行分析，切割典型的岩溶峰林地貌模型；
S70、峰林地貌提取：对切割的岩溶峰林地貌进行分析，识别并提取峰林单体；
S80、峰林地貌参数测量：通过测量软件，在室内对岩溶峰林的单体数量、单体长轴、短轴、高度、平面形态、体积等系列参数进行测量和分析。
进一步地，所述测量参数包括峰林地貌的峰林单体数量、单个峰林长轴长度和走向、短轴长度和走向、平面形态、高度、体积、陡坡坡度等。
进一步地，通过卫星影像的峰林地貌解译，针对峰林地貌特点，进行的特殊航线规划，无人机航拍的摄影方式为倾斜摄影。
本发明有益效果：
通过无人机倾斜摄影航拍可以获得包括山峰在内的岩溶峰林全貌，解决了由于山峰陡峭外业人工无法测量或测量不准确的问题，得到了全覆盖、高精度、多视角的岩溶峰林地貌数据，操作简单高效。航拍获取的照片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。裁切典型峰林地貌模型，通过测量软件在室内可多次重复测量岩溶峰林地貌系列参数，测量参数全面、准确度高，为岩溶峰林地貌的保护、开发利用提供了永久的测量数据。
附图说明
图1基于无人机航拍的岩溶峰林地貌参数测量方法流程图
图2桂林峰林地貌航拍参数
图3航拍照片
图4桂林峰林地貌正射影像图
图5桂林峰林地貌三维模型
图6桂林典型岩溶峰林单体识别
图7提取的峰林单体
图8峰林单体长轴长度测量
图9峰林单体短轴长度测量
图10峰林单体高度测量
图11峰林单体面积测量
图12峰林单体体积测量
图13峰林单体所选坡面坡度测量
具体实施方式
一种岩溶峰林地貌参数测量方法步骤流程见图1，本实施例以桂林峰林地貌参数测量为例，其具体实施方式及步骤如下：
1)航拍区域确定：图上作业，通过卫星影像解译桂林岩溶峰林地貌，确定岩溶峰林地貌测量范围，针对确定的测量范围进行实地勘察，确定航拍区域；
2)适航条件分析：对所述航拍区域进行气候地形条件分析，选择适宜的无人机，规划峰林地貌航线，即飞行的高度、路线、重叠度等，确定无人机适航状态。桂林峰林地貌采用ST100开展航拍，相关参数见图2；
3)无人机航拍：控制中心传输飞行指令，无人机起飞；控制中心实时监控无人机飞行状态及航拍摄像情况；断点续航，航线完全覆盖，航拍结束，无人机返航降落。
4)采集图像检查：将航拍采集图像进行传输，并检查图像质量。桂林峰林地貌案例航拍共采集到1040张照片，质量如图3；
5)图像处理：将采集图像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；在数字正射影像和数字表面模型基础上建立三维地貌模型。案例采用Smart3D软件进行空三计算，获得桂林峰林数字正射影像图、数字地表模型和三维地貌模型，如图4、图5；
6)模型切割：对三维地貌模型进行分析，裁切典型的岩溶峰林地貌模型。
7)峰林地貌提取：对切割的岩溶峰林地貌进行分析，识别并提取峰林单体，桂林峰林识别见图6。
8)峰林地貌参数测量：通过点云软件，室内对岩溶峰林的单体数量、单体长轴长度、短轴长度、高度、平面形态、体积等系列参数进行测量和分析。桂林典型岩溶峰林地貌参数采用CloudCompare、Cyclone等软件完成测量。
提取峰林单体见图7。峰林单体长轴投影点的水平距离即为长轴长度，测量为167.386m,见图8。峰林单体短轴投影点的水平距离即为短轴长度，测得为164.505m，见图9。单体的高度为单体最高点到峰林单体底部平面的垂直距离，测量该单体高度为59.653m，见图10。峰林单体面积为单体底部与水平面接触部分的投影面积，该单体面积测量为22370.34888m2，见图11。峰林单体体积测量为543307.2641081m3，如图12。峰林单体坡度测量需要选择预测量的坡面，测得单体该坡面的坡度为45.380°，见图13。
通过对切割的峰林单体逐个的测量系列地貌参数，获得典型峰林地貌区的地貌参数集，为峰林地貌的发育研究，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)

1.一种基于无人机航拍的岩溶峰林地貌参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤:
S10、航拍区域确定：图上作业，通过卫星影像解译岩溶峰林地貌，确定岩溶峰林地貌测量范围；对岩溶峰林地貌测量范围进行实地勘察，确定航拍区域；
S20、适航条件分析：对所述航拍区域进行气候地形条件分析，规划峰林地貌航线，确定无人机适航状态；
S30、无人机航拍：控制中心传输飞行指令，无人机起飞；控制中心实时监控无人机飞行状态及航拍摄像情况；断点续航，航拍结束，无人机返航降落；
S40、采集图像检查：将航拍采集图像进行传输，并检查图像质量；
S50、图像处理：将采集图像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；在数字正射影像和数字表面模型基础上建立三维地貌模型；
S60、模型切割：对所述三维地貌模型进行分析，切割典型的岩溶峰林地貌模型；
S70、峰林地貌提取：对切割的岩溶峰林地貌进行分析，识别并提取峰林单体；
S80、峰林地貌参数测量：通过测量软件，在室内对岩溶峰林的单体数量、单体长轴、短轴、高度、平面形态、体积等系列参数进行测量和分析。
2.根据权利要求1所述的岩溶峰林地貌参数测量方法，其特征在于，所述测量参数包括峰林地貌的峰林单体数量、单个峰林长轴长度和走向、短轴长度和走向、平面形态、高度、体积、陡坡坡度等。
3.根据权利要求1所述的岩溶峰林地貌参数测量方法，其特征在于，通过卫星影像的峰林地貌解译，针对峰林地貌特点，进行的特殊航线规划，无人机航拍的摄影方式为倾斜摄影。
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