[发明专利]一种利用无人机影像快速反演河道流量的方法

说明书

本发明公开了一种利用无人机影像快速反演河道流量的方法，包括如下步骤：1)无人机水面以上河流形态获取；2)水下、水上断面耦合；3)根据无人机影像获取河宽、比降、糙率的水力参数；4)无人机遥感影像反演河道流量。本发明提供了有、无地面实测大断面两类情况下流量反演途径，通过无人机影像生成点云和表面高程，基于点云和DSM获取水面宽、糙率、水面比降以及水上大断面信息，采用水力学方法计算河道流量，具有计算高效、非接触、简易快速的优点。

技术领域

本发明涉及一种方法，尤其涉及一种利用无人机影像快速反演河道流量的方法。

背景技术

河流与人类生存活动、区域生态环境紧密相关，河道流量对维持水圈系统的稳定性、估算国家水能资源可开发量等起着必不可缺的作用。随着科技进步和交叉学科的高速发展，测算河道流量的方法渐趋多样化，然而，河道流量测算仍受到地域、经费等因素困扰，因此亟待加强快捷、准确测算河道流量的方法研究。以遥感技术为代表的反演河道流量方法是近年来计算机科学和空间科学深入探究的产物，可在复杂地质条件和外部恶劣条件下，以不接触水体的形式完成流量反演。

尽管全球学者在遥感反演河道流量的技术方法上取得了很大进展，但通过卫星遥感技术反演流量的方法仅适用大尺度河流，难以应用获取中小河流流量；而当前近地面遥感计算河道流量的方法存在技术复杂、设备昂贵、测算效率低等不足，限制了它们的广泛应用。因此，基于无人机(UAV)摄影技术，提出一种适用于各种尺度河流的高效、简易快速计算河道流量的方法是非常有必要的。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种利用无人机影像快速反演河道流量的方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用无人机影像快速反演河道流量的方法，包括如下步骤：

1)无人机水面以上河流形态获取；

2)水下、水上断面耦合；

3)根据无人机影像获取河宽、比降、糙率的水力参数；

4)无人机遥感影像反演河道流量。

进一步地，步骤1)使用UAV野外获取高重叠度立体像对，经Pix4Dmapper软件处理得到高分辨率地形数据；Pix4Dmapper能够快速、全自动的处理UAV影像数据。其处理流程包括数据导入、初始化处理、点云加密、先生成数字表面模型和正射影像图，再生成高精度的数字正射影像图(DOM)、数字表面模型(DSM)及影像点云。

无人机(UAV)可快速获取野外高重叠度立体像对，生成监测站点所在的1km*1km范围内河道及其缓冲带的高清影像，基于此可人工判读快速确定水面宽和糙率；高清影像进一步处理可得到高分辨率地形数据—数字表面高程模型(DSM)，基于此计算河道水面比降；最后可基于DSM利用Arcgis中3D Analyst模块，生成监测点的河道大断面形状。

进一步地，步骤2)UAV航片只能获取陆上地形变化趋势,难以获取水下地形变化信息，为得到完整的大断面数据需要耦合水下大断面，从而形成完整的河流大断面。水上地形使用UAV实测得到河段DSM，然后结合ArcGIS空间分析工具3D Analyst模块确定水面以上的河流大断面；在有实测水下大断面的站点，基于水面高程和起点距耦合上述UAV确定的水上大断面和实测的水下大断面，形成完整的监测站点的河流大断面。

进一步地，步骤3)利用无人机对每个站点附近河道拍摄200～300张低空遥感影像，生成正射影像、影像点云以及DSM；在选取的河道的大断面上，用3D Analyst模块标注一条垂直于河道的直线，沿直线生成河流大断面，直接量取大断面水面宽度；在生成的大断面上游、下游各300m用同样的方式生成大断面，根据两个大断面的水面高程高差与河段距离计算得到河道比降；为计算准确，计算河段多个比降取其均值；糙率计算需要目视解译，根据完整的遥感影像，辨别河岸两侧植被、护坡状况、土壤类型、水面宽度确定相应糙率。