基于多旋翼无人机倾斜摄影测量的沙丘三维形态研究
发布时间：2021-11-17 12:41
无人机倾斜摄影技术是近年来发展起来的新型测量方法,具有高效率、高精度、非接触、大范围等优点。本研究采用多旋翼无人机,结合精确测定的地面控制点,实现了对新月形沙丘群三维形态的精确测量。结果表明:无人机倾斜摄影测量的均方根误差小于18 mm,可以满足大比例尺地形测量的要求。利用该技术获取的多种测量参数表明,新月形沙丘二维与三维形态之间存在良好的相关性,基于这些关系,可以实现二维遥感影像量测结果向沙丘高度、沙丘体积等三维参数的转换。沙丘剖面形态可以采用非线性函数精确描述,为沙丘形态精确建模提供了参考。无人机倾斜摄影技术获取的沙丘三维形态参数,对于深入认识沙丘形态动力过程具有重要参考价值。
【文章来源】：中国沙漠. 2019,39(01)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
倾斜摄影测量的技术流程Fig．1Technicalprocessofobliquephotogrammetry
式中:dpi为第i个点的水平距离误差;dei为垂直距离误差;xi、xj、yi、yj、zi、zj分别为检查点i和相应的模型拟合点j的三维坐标;ＲMSE为多个检查点的均方根误差。鉴于研究区地表平坦、地物形态简单且没有遮蔽和垂直形态，本研究选用的地面控制点有5个，分别设置在航拍区域的四角和中部，其精确位置由拓普康GTS-720全站仪和GＲ-3ＲTKGPS相结合测得。在测区内共有13个完整的沙丘(图2)，针对其中的两个沙丘(D06和D11)，采用ＲTKGPS进行了精确形态测量，每个沙丘表面的测点约200个。在这两个沙丘表面，各选取10个作为检查点，分别位于沙丘迎风坡坡脚、迎风坡中部、两翼中部以及背风坡中部和底部等位置，涵盖了沙丘表面所有形态变化较为明显的部位，用以评估三维数字模型的测量精度。地面控制点和检查点位置如图2所示，误差统计见表2。图2地面控制点(▲)和检查点(+)位置Fig．2Locationsofthegroundcontrolpointsandcheckpoints表2控制点和检查点测量误差(m)Table2Measurementerrorsofthegroundcontrolpointsandcheckpoints控制点dpde检查点/D06dpde检查点/D11dpde10．0080．000迎风坡坡脚0．0250．009迎风坡坡脚0．021－0．00420．020－0．003迎风坡中下部0．017－0．006迎风坡中部0．0240．01730．004－0．001迎风坡中部0．0030．001沙丘顶部0．0150．01840．011－0．003迎风坡中上部0．005－0．011背风坡中部0．0080．00450．014－0．002沙丘顶部0．0020．013背风坡坡脚0．0040．021背风坡中部0．004－0．009背风坡
图3新月形沙丘形态参数测量示意图Fig．3Themeasurementofbarchandunemorphology2结果2．1沙丘形态参数根据倾斜摄影获取的三维数据和正射影像，获取了测量区沙丘形态参数集(表3)。现有的研究表明，新月形沙丘通常形成于单风况条件下，其走向基本平行于当地的盛行风向［40］。测量区新月形沙丘轴线的走向333°～342°，表明该地区新月形沙丘的形成受西北风影响较大，其总体的移动方向是东南。从沙丘尺度来看，迎风坡长度8．9～13．1m，平均值为10．5m;沙丘高度均未超过1．3m，平均高度为1．02m，最矮的沙丘为7号雏形新月形沙丘，其高度表3沙丘形态参数Table3Theparametersofdunemorphology编号迎风坡长度L0/m翼角A长度La/m翼角B长度Lb/m翼角A宽度Wa/m翼角B宽度Wb/m高度H/m周长P/m面积S/m2体积V/m3走向λ/(°)迎风坡角度α/(°)背风坡角度β/(°)D0111．405．205．006．912．711．0064．99275．57108．453425．7823．54D0212．086．287．018．373．671．2871．10320．27158．893386．1626．07D039．244．864．046．652．460．8856．45204．0970．253355．6419．29D049．384．083．815．902．450．8152．20177．6957．873425．5522．98D0511．324．935．436．952．931．0460．31232．7792．233365．4723．98D0611．436．386．568．174．141．2470．16309．90149．323376．3427．67D0713．052．051．643．641．900．6347．49168．4748．063332．9910．85D088．903．674．025．832．360．8252．16180．9662．733405．7424．16D099．115．606．567．493．411．0861．09232．51
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Smart3D的倾斜摄影测量模拟系统三维建模[J]. 熊强,王双亭,王晓宇,江振飞,胡倩伟,王春阳. 测绘工程. 2018(07)
[2]消费级无人机的大比例尺测图能力分析[J]. 万剑华,王朝,刘善伟,冯建伟,刘汝涛. 测绘通报. 2018(06)
[3]集成倾斜航空摄影测量和地面移动测量技术的城市环境监测[J]. 李德仁,刘立坤,邵振峰. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(04)
[4]海岸新月形沙丘移动与形态变化的典型研究[J]. 董玉祥,黄德全. 地理科学. 2014(07)
[5]回涡沙丘的形态特征与表面物质组成[J]. 钱广强,董治宝,罗万银,张正偲. 中国沙漠. 2012(03)
[6]横向沙丘背风侧气流重附风洞模拟[J]. 钱广强,董治宝,罗万银,王洪涛. 中国沙漠. 2008(01)
[7]腾格里沙漠东南缘格状沙丘的形态-动力学研究[J]. 哈斯,董光荣,王贵勇. 中国科学（D辑:地球科学）. 1999(05)
[8]腾格里沙漠东南缘沙丘形态示量特征及其影响因素[J]. 哈斯. 中国沙漠. 1995(02)
[9]塔克拉玛干沙漠西南地区绿洲附近沙丘移动的研究[J]. 朱震达,郭恒文,吴功成. 地理学报. 1964(01)
本文编号：3500931
【文章来源】：中国沙漠. 2019,39(01)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
倾斜摄影测量的技术流程Fig．1Technicalprocessofobliquephotogrammetry
式中:dpi为第i个点的水平距离误差;dei为垂直距离误差;xi、xj、yi、yj、zi、zj分别为检查点i和相应的模型拟合点j的三维坐标;ＲMSE为多个检查点的均方根误差。鉴于研究区地表平坦、地物形态简单且没有遮蔽和垂直形态，本研究选用的地面控制点有5个，分别设置在航拍区域的四角和中部，其精确位置由拓普康GTS-720全站仪和GＲ-3ＲTKGPS相结合测得。在测区内共有13个完整的沙丘(图2)，针对其中的两个沙丘(D06和D11)，采用ＲTKGPS进行了精确形态测量，每个沙丘表面的测点约200个。在这两个沙丘表面，各选取10个作为检查点，分别位于沙丘迎风坡坡脚、迎风坡中部、两翼中部以及背风坡中部和底部等位置，涵盖了沙丘表面所有形态变化较为明显的部位，用以评估三维数字模型的测量精度。地面控制点和检查点位置如图2所示，误差统计见表2。图2地面控制点(▲)和检查点(+)位置Fig．2Locationsofthegroundcontrolpointsandcheckpoints表2控制点和检查点测量误差(m)Table2Measurementerrorsofthegroundcontrolpointsandcheckpoints控制点dpde检查点/D06dpde检查点/D11dpde10．0080．000迎风坡坡脚0．0250．009迎风坡坡脚0．021－0．00420．020－0．003迎风坡中下部0．017－0．006迎风坡中部0．0240．01730．004－0．001迎风坡中部0．0030．001沙丘顶部0．0150．01840．011－0．003迎风坡中上部0．005－0．011背风坡中部0．0080．00450．014－0．002沙丘顶部0．0020．013背风坡坡脚0．0040．021背风坡中部0．004－0．009背风坡
图3新月形沙丘形态参数测量示意图Fig．3Themeasurementofbarchandunemorphology2结果2．1沙丘形态参数根据倾斜摄影获取的三维数据和正射影像，获取了测量区沙丘形态参数集(表3)。现有的研究表明，新月形沙丘通常形成于单风况条件下，其走向基本平行于当地的盛行风向［40］。测量区新月形沙丘轴线的走向333°～342°，表明该地区新月形沙丘的形成受西北风影响较大，其总体的移动方向是东南。从沙丘尺度来看，迎风坡长度8．9～13．1m，平均值为10．5m;沙丘高度均未超过1．3m，平均高度为1．02m，最矮的沙丘为7号雏形新月形沙丘，其高度表3沙丘形态参数Table3Theparametersofdunemorphology编号迎风坡长度L0/m翼角A长度La/m翼角B长度Lb/m翼角A宽度Wa/m翼角B宽度Wb/m高度H/m周长P/m面积S/m2体积V/m3走向λ/(°)迎风坡角度α/(°)背风坡角度β/(°)D0111．405．205．006．912．711．0064．99275．57108．453425．7823．54D0212．086．287．018．373．671．2871．10320．27158．893386．1626．07D039．244．864．046．652．460．8856．45204．0970．253355．6419．29D049．384．083．815．902．450．8152．20177．6957．873425．5522．98D0511．324．935．436．952．931．0460．31232．7792．233365．4723．98D0611．436．386．568．174．141．2470．16309．90149．323376．3427．67D0713．052．051．643．641．900．6347．49168．4748．063332．9910．85D088．903．674．025．832．360．8252．16180．9662．733405．7424．16D099．115．606．567．493．411．0861．09232．51
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Smart3D的倾斜摄影测量模拟系统三维建模[J]. 熊强,王双亭,王晓宇,江振飞,胡倩伟,王春阳. 测绘工程. 2018(07)
[2]消费级无人机的大比例尺测图能力分析[J]. 万剑华,王朝,刘善伟,冯建伟,刘汝涛. 测绘通报. 2018(06)
[3]集成倾斜航空摄影测量和地面移动测量技术的城市环境监测[J]. 李德仁,刘立坤,邵振峰. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(04)
[4]海岸新月形沙丘移动与形态变化的典型研究[J]. 董玉祥,黄德全. 地理科学. 2014(07)
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[8]腾格里沙漠东南缘沙丘形态示量特征及其影响因素[J]. 哈斯. 中国沙漠. 1995(02)
[9]塔克拉玛干沙漠西南地区绿洲附近沙丘移动的研究[J]. 朱震达,郭恒文,吴功成. 地理学报. 1964(01)
本文编号：3500931
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