无人机倾斜摄影技术在小流域综合治理中的应用

小流域综合治理主要以小流域土地利用类型及其地形要素为依据布设治理措施.通过无人机倾斜摄影技术可以高效、低成本、高精度获取小流域综合治理相关的土地利用现状、植被类型及盖度等信息.利用飞行控制软件对治理区域规划航线,配合地面控制点,获取倾斜、正射影像,通过ArcGIS、ContextCapture等软件分析处理生成高精度文...     

无人机倾斜摄影技术在水土保持监测中的应用

通过对典型公路工程水土流失易发区域进行无人机倾斜摄影监测，规划航线进行飞行拍摄，获得影像数据，利用影像处理软件和地理信息系统软件进行数据处理，按照算法得出监测点位的土方量，并与施工现场土方量记录表进行比较，结果表明：两者误差为3.5%,可满足水土保持监测的精度要求，保证水土保持监测工作的客观性和准确性。     

基于无人机倾斜摄影的黄土滑坡调查与危险性评价

[目的]利用机动灵活的小型旋翼无人机对单体滑坡进行倾斜摄影测量,旨在探索一种能够满足复杂地形条件下黄土区地质灾害调查和评估需求的方法。[方法]以陕西省延安市赵家岸滑坡为例,利用无人机倾斜摄影测量技术获取了多视角、高重叠率、高分辨率滑坡影像,生成了数字高程模型(DEM)、数字正射影像图(DOM)和实景三维模型,获得了滑坡体空间几何数据,并结合层次分析和危险度计算方法评价了赵家岸滑坡的危险性。[结果](1)通过解译高分辨率的DEM,DOM和多层次的实景三维模型,可以提取滑坡的精细地形和微地貌特征,提高了地质灾害解译的准确度,有效降低了人工现场调查的劳动强度、时间成本和作业风险;(2)赵家岸滑坡的危险度值R为0.635,为较高危险性斜坡,需要加强滑坡的专业监测工作。[结论]以无人机倾斜摄影测量技术为基础的滑坡调查与危险性评价方法,尤其适合谷坡陡峭、河谷深切、植被稀疏的黄土区滑坡调查。该技术可为黄土区单体滑坡灾害的危险性评价提供一种新的研究方法。     

切沟形态特征无人机倾斜摄影测量

切沟是坡面土壤侵蚀最剧烈表现形式,其形态特征刻画的精确性与适用性,对切沟的调查、研究与防治具有重大意义。该研究选取黄土丘陵区小流域4个地点10条切沟共82个断面,利用地面测量验证携带多频全球导航卫星系统且内置实时差分定位技术（Global Navigation Satellite System and Real-Time Kinematic,GNSS RTK）的无人机倾斜摄影测量提取的沟长、沟宽、沟深指标的精确性并建立体积估算模型探讨沟长的测定方法。结果表明：1）与地面测量相比,沟长、沟宽的偏离度（Deviation Extent,DE）均值不大于3.70%,精度较高;沟深的DE均值不小于25.49%,误差较高。2）切沟体积与沟长之间有显著的幂函数关系,沟长选取沟头至沟口的最大汇水线长度时拟合效果最好,沟道中心线长度次之,直线长度拟合效果最差。因此,在黄土高原丘陵沟壑区,运用无人机倾斜摄影测量方法测量切沟沟长、沟宽指标具有高度可行性,在精度要求较高的沟深测量方面的应用还有一定的局限性。此外,由于野外测量的局限性,直线长度较最大汇水线长度的测量更简单便捷,当坡度小于18.2°时,测量直线距离作为切沟沟长可行。     

基于无人机倾斜航空影像的树冠体积测算方法

树冠是结构复杂的不规则体,对树冠体积的精确测定一直是树木测量研究中的难点问题。该文以消费级多旋翼无人机对目标树木进行倾斜摄影获取的多角度航空影像为基础,通过空三加密处理生成目标树木的三维点云模型;用等高线法分割树冠点云,并确定树冠最优分割层数;用投影法对点云数据进行转化,并选取测算点计算树高和树冠任意横截面积;对分割后各规则体的体积进行累加获得树冠体积。结果表明:8棵目标树木的树高测算值相对误差为1.46%～4.10%,平均相对误差为2.88%;树冠体积测算值的相对误差为6.95%～12.39%,平均相对误差为9.42%;精度均可满足林业调查中对于树高和树冠体积测量结果的要求。利用无人机倾斜航空影像建立单木的三维点云模型并进行树冠体积测算的方法是可行且有效的,该方法可为研究单木树冠几何参数的提取提供参考。     

倾斜摄影测量技术在生产建设项目水土保持监管中的应用

为探索和总结单个生产建设项目水土保持监管的工作流程和技术支撑模式,结合无人机倾斜摄影测量技术优势,对照生产建设项目监管工作要求,梳理了各项监管指标对应的信息获取方法,建立了利用无人机倾斜摄影测量技术开展生产建设项目水土保持信息化监管指标提取的技术流程。在成都市的应用结果表明:无人机倾斜摄影测量技术具备信息获取丰富、实现真三维量测、综合成本低等优势,可以完成大部分项目监管指标的提取工作,其技术流程包括资料收集和预处理、无人机倾斜摄影测量、合规性详查3个阶段,相较于传统监管手段,其信息提取成本更低、效率更高、比对方式更灵活。无人机倾斜摄影测量技术在生产建设项目精细化监管工作中具备广阔的应用前景。     

基于倾斜摄影的玉米种粒三维参数同步测量装置

为解决脱穗之后的玉米种粒三维特征的获取和分析这个重要而又困难的问题,该研究基于机器视觉技术开发了一种融合三维特征的玉米种粒考种装置。装置通过2块相互垂直的标定板来保留倾斜影像中的空间信息和标定数据,并据此计算三维数据。基于装置的标定数据,用图像处理的方法获取玉米种粒的长度、宽度和厚度数值。通过透视变换,从倾斜摄影图像分别得到水平正摄和垂直正摄的图像;玉米种粒轮廓的长轴和短轴以旋转盘的直径为参考进行计算;玉米种粒的厚度以垂直方向棋盘格标定数据为参考进行计算。按照10帧/s的帧率和1 280×720的图像分辨率启动图像记录系统。选取180粒不同品种的玉米种粒进行试验。种粒长轴、短轴和厚度测量的均方根误差分别为1.86、1.28和0.741 mm;决定系数分别是0.849 6、0.869 3和0.846 2。使用该装置并配合相应的方法能较为准确的一次性测量玉米种粒的三维参数,该研究可为玉米种粒的精细化考种提供参考。     

消费型无人机构建工程堆土地形模型的方法及精度评价

[目的]研究消费型旋翼无人机在生产建设项目水土保持监测中快速构建工程堆土地形模型的方法和精度,为城市水土保持监测提供数据参考。[方法]以消费型旋翼无人机大疆精灵4Pro作为航摄平台,对某一在建公园工程堆土地形进行低空垂直下视和倾斜交叉航摄,配合不同数量控制点快速构建地形模型,分析两种航摄方法在不同数量控制点时的相对精度、绝对精度以及地形模型的面积和体积与近似准确值的比较精度。[结果]①地形起伏较小的工程堆土地形不适用于低空45°倾斜航摄,可增大倾斜角度至70°进行倾斜航摄;②垂直下视航摄整体精度优于倾斜交叉航摄,无控制点时相对精度可以达到亚米级,土方测量误差小于5%;③倾斜航摄在稀少控制点时可以提高高程精度和土方测量精度,5个控制点时土方测量误差小于1%。[结论]消费型无人机在无控和稀少控制点时构建工程堆土地形模型能够达到很高精度,可以快速、精确、三维直观地反映面积和土方变化,能够为水土保持方案实施和监测提供实时可靠的数据参考和决策依据。     

基于人工倾斜摄影测量的微地形三维建模方法研究

耕作坡面微地形是地表径流和土壤侵蚀的重要场所,建立其高精度三维数值模型是定量研究土壤侵蚀过程的基础。针对现有接触式和非接触式测量方法得到的三维模型不能完全真实地反映微地形特征的缺陷,提出了一种获取坡面微地形高精度三维模型的人工倾斜摄影测量方法(ATPM),并对建模精度进行了评价。结果表明,采用ATPM方法建立的地表三维模型精度高,空间各点的平面中误差和高程中误差分别为±1.9 mm和±2.6 mm,能很好地反映微地形的细微特征,可为定量研究土壤侵蚀过程提供较高精度的数据支持。     

基于无人机贴近摄影测量的坡面细沟侵蚀及形态演化研究

[目的]寻求效率和精度均高且适应性强的坡面细沟侵蚀测量技术手段,克服传统测量方法效率低,成本高,适用性差等问题,为坡面细沟侵蚀演变过程及定量化研究提供新的思路和技术手段。[方法]利用无人机通过贴近摄影测量获取连续6场人工模拟降雨下坡面细沟发育的高分辨率影像及模型,经定位精度、模型精度和侵蚀模拟3个方面验证,定量揭示坡面细沟侵蚀及形态演化过程的可行性。[结果](1)三维实景模型地理配准均方根误差RMSE_3D=1.5 cm,像控点平面误差RMSE_H=0.42 cm,高程误差RMSE_V=0.88 cm,模型细节及纹理清晰,分辨率达到毫米级。(2)多期模型能够清晰刻画细沟发育经历的雨滴溅蚀—片蚀—小跌水—断续细沟—连续细沟5个阶段。坡面细沟平均沟宽、沟深、密度分别从最初的1.25 cm, 0.82 cm, 0.05发展到最终的3.27 cm, 4.75 cm, 0.23,最大沟长236 cm,最大沟深14.23 cm。(3)细沟土壤侵蚀量模拟值随着降雨历时的增加不断接近真实值并趋于稳定,平均误差在10%以内。[结论]无人机贴近摄...     

太阳能驱动喷灌机组行走动力和光伏功率匹配设计与试验

为明晰太阳能驱动喷灌机组动力匹配设计理论和方法,促进太阳能喷灌机组推广应用,解决能源短缺地区的灌溉动力问题.文章以课题组研发的太阳能驱动喷灌机组为平台,通过对机组工作方式和行走驱动理论进行分析,构建了一种太阳能驱动喷灌机组动力需求与光伏功率匹配设计方法.通过试验对机组行走驱动需求功率计算理论进行了验证,并以夏季典型晴天下机组累积最大工作时长和设计日标准工作时间为标准,分别从纵向和横向上对机组日工作能力和光伏系统供电性能进行了分析.结果表明:喷灌机组行走驱动功率实测值与理论计算值基本吻合,最大相对误差为7.3％,进一步验证了行走驱动功率理论计算的可靠性;夏季典型晴天下,机组累积最大工作时间随机组喷灌功率和运行速度减小而变长,以试验当天为例,当机组以最大设计流量、最大运行速度处于最大负荷工况下时,最大工作时间接近20 h,表明机组工作能力较强;以机组设计日8h工作时间为准,在2016年7月进行了为期一个月的光伏供电监测,从横向上对系统供电能力进行分析,结果显示在为期一个月的检测过程中系统总缺电时数8.75 h,占系统总供电时长的3.5％,表明光伏供电系统可靠性较高.该研究为实现太阳能与农业机械相结合、太阳能喷灌机组驱动系统方案设计与优化,促进太阳能驱动喷灌机组在实际工程中的推广应用,解决能源短缺地区灌溉动力问题提供了参考.     

双极性接触式航空机载静电喷雾系统荷电与喷雾效果试验

该文针对航空施药植保无人机设计了双极性接触式航空机载静电喷雾系统,分别对该系统喷施静电油剂和水的荷电与雾化效果进行了测试。将该航空静电喷雾系统搭载于3WQF120-12型油动单旋翼植保无人机喷施静电油剂,并使用该植保无人机自带喷雾系统分别喷施静电油剂和常规水基化药剂,对比了3种施药方式的沉积分布均匀性和对小麦蚜虫、锈病的防治效果。试验结果表明:当喷雾液为水时,静电喷雾系统的静电电压和极性不会改变水的雾滴谱;当喷雾液为静电油剂时,正电荷使雾滴粒径减小,负电荷使雾滴粒径增大,且静电喷头的雾滴相对粒谱宽度随静电电压的增加而增大;喷雾液的荷质比与静电电压正相关,相同静电电压和输出电极下水的荷质比大于静电油剂,同一静电电压下负输出雾化喷头药液的荷质比高于正输出。小麦大田试验表明:使用静电喷雾系统喷施静电油剂的雾滴沉积分布均匀性最好,其单位面积沉积量为0.048 6?g/cm2,沉积量的标准偏差为0.015?g/cm2,变异系数为30.43%;使用无人机自带喷雾系统喷施静电油剂和常规水基化药剂的单位面积沉积量分别为0.051 3和0.035 6?g/cm2,标准偏差分别为0.019和0.016?g/cm2,变异系数分别为42.57%和45.54%;喷施静电油剂的2个处理对麦蚜和锈病的防治效果和药效期均明显高于水基化药剂,使用静电喷雾系统的测试在药后7 d对蚜虫防治效果为87.92%,明显高于无人机自带喷雾系统喷施静电油剂76.43%的防治效果。该静电喷雾系统配合喷施静电油剂可提高沉积分布均匀性,增加防治的持效期和效果。