[发明专利]一种应用无人机测绘对河流进行监测和评估的方法

说明书

本发明提供的一种应用无人机测绘对河流进行监测和评估的方法，利用无人机获取图像数据；使用运动恢复形状算法对图像数据进行重建，构建3D地形信息；利用Vextractor程序，根据图像数据在3D地形信息上对河流流线的基本形状进行推测，拟合成主河道段的河流弯曲度指数；利用RGB正射影像测量程序，计算正射影像光谱指数，得到河流定量和定性信息；根据弯曲度指数、河流定量和定性信息对河流物理环境进行评估。本发明提供的河流监测和评估的方法，将无人机作为基础设备，利用运动恢复形状算法、Vextractor程序和RGB正射影像测量程序，实现对大型河流中富营养化过程的跟踪，反映富营养化和植被过度生长的变化过程，对大型河流长期的监测和生态修复具有十分重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及水生生态系统技术领域，更具体的，涉及一种应用无人机测绘对河流进行监测和评估的方法。

背景技术

随着人类活动对生态系统的影响日益加剧，河流正面临着较为严重的生态问题：河流无扰、沟渠化、滨水空间被侵占等现象都造成了河流生态系统动态多样化越发趋于稳定均质化，致使生物多样性以及生态系统服务退化。在河流的恢复项目中，往往会缺乏系统的项目后监测和对恢复系统进一步演变的评估，而这些信息的缺乏使得难以评估恢复的有效性。

大型河流的生境具有变化周期长、相对稳定的特点，而以地面手段为生境监测技术存在的局限较多。例如，使用船只人工对河流进行巡视是传统的评估方式。这种方法不仅费事费力，而且只能观察到河流的局部水面，难以分辨水面的颜色变化。此外，进行使用船只进行人工巡查容易出现观测死角，如果过于靠近边摊，船只容易发生搁浅，安全性难以保证。这种以地面手段为主的检测技术容易受自然条件限制和人为主观因素的双重影响，基于监测样方的地面监测无法兼顾代表性、便利性和安全性，也很难全面准确的反映河流物理生境状况。

发明内容

本发明为克服现有通过人工对河流进行巡视的评估方式，容易受自然条件限制和人为主观因素的双重影响，存在无法全面准确反映河流物理生境状况的技术缺陷，提供一种应用无人机测绘对河流进行监测和评估的方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种应用无人机测绘对河流进行监测和评估的方法，包括以下步骤：

S1：预设无人机的飞行路线并控制无人机飞行，获取飞行路线上的图像数据；

S2：根据图像数据，使用运动恢复形状算法对无人机最低点图像进行摄影测量重建，构建3D地形信息；

S3：利用Vextractor程序，根据图像数据在3D地形信息上对河流流线的基本形状进行推测，拟合成主河道段的河流弯曲度指数；

S4：利用RGB正射影像测量程序，结合3D地形信息计算正射影像光谱指数，得到河流定量和定性信息；

S5：根据主河道段的河流弯曲度指数、河流定量和定性信息对河流物理环境进行评估。

上述方案中，将无人机作为基础设备，设定规定的路线对大型河流进行定时、定量地拍摄；在此基础上，将运动恢复形状算法(Structure from Motion，SFM)植入无人机执行程序，并以此算法推导图像的位置、覆盖范围和重叠部分，将获取的图像用于摄影测量重建，实现河流廊道、沿岸带以及周边生境等多种地形的3D地形信息重建；再通过Vextractor程序，从高分辨率图像中提取河流线；最后利用RGB正射影像测量程序计算河流定量和定性信息，实现对大型河流中富营养化过程的跟踪，可靠地反映富营养化和植被过度生长的变化过程，对大型河流长期的监测和生态修复具有十分重要的应用价值。

其中，所述步骤S1具体为：使用控制终端对无人机进行预先规划及编辑飞行路线，预先编辑的飞行轨迹覆盖范围为70％正面和侧面重叠区域，获取飞行路线上的图像数据。