参考文献 191
第7章 基于无人机的切沟三维建模与分析 194
7.1 实验流程 194
7.2 实验硬件设备与软件工具 197
7.2.1 无人机——DJI Inspire 1 197
7.2.2 RTK GPS——FIOF A30 198
7.2.3 航路规划软件——Pix4D capture 198
7.2.4 三维建模软件——Agisoft PhotoScan 199
7.3 实验区域情况 200
7.3.1 实验地点 200
7.3.2 切沟情况 200
7.4 外业实施过程 201
7.4.1 航路规划与执行 201
7.4.2 地面控制点布置与量测 208
7.5 内业处理过程 210
7.5.1 相机模型与校准 210
7.5.2 航图导入与检查 213
7.5.3 POS信息处理 215
7.5.4 相机内/外参数解算 216
7.5.5 连接点的编辑与修整 217
7.5.6 相机参数优化 218
7.5.7 空间配准 221
7.5.8 稠密点云构建 222
7.5.9 栅格高程模型构建 222
7.5.10 三角网格构建 223
7.5.11 纹理映射 224
7.5.12 正射影像 225
7.6 独立切沟实验结果与分析(倾斜摄影) 225
7.6.1 航图获取 225
7.6.2 POS信息处理 227
7.6.3 地面控制点量测 227
7.6.4 相机参数解算 228
7.6.5 地面控制点标记 231
7.6.6 相机参数优化 232
7.6.7 稠密点云构建 236
7.6.8 DEM模型构建 237
7.6.9 TIN模型构建 238
7.6.10 正射影像构建 239
7.7 整体沟系实验结果与分析(正射摄影) 239
7.7.1 航图获取 239
7.7.2 POS信息处理 240
7.7.3 地面控制点量测 240
7.7.4 相机参数解算与优化 241
7.7.5 DEM模型构建 244
7.7.6 正射影像生成 244
参考文献 246

侵蚀沟地面激光扫描与无人机遥感监测技术 节选

第1章 绪论
1.1 侵蚀沟监测的目的和意义
侵蚀沟是地表径流集中冲刷土壤和母质并切入地表内形成的沟壑。典型的侵蚀沟是一条长而深的沟，它可以分为沟顶、沟底、水道、冲击圆锥及侵蚀沟岸地带等几个部分。沟蚀即侵蚀沟造成的土壤侵蚀，是一种重要的土壤侵蚀类型，主要发生在坡耕地。在坡面侵蚀过程中，径流汇集产生的细沟不断发育、拓宽、加深，形成更长、更深、更宽的沟道，*终农耕过程也无法修复这些沟道，它们由面蚀发育成沟蚀。对沟蚀的研究大都开始于19 世纪70 年代。Foster(1986)将沟蚀作为一种单独的侵蚀类型进行研究；Horton(1945)与Schumm(1956)给出了沟道产生的临界坡长与发生侵蚀沟道的临界面积的明确定义，为区分沟蚀提供了理论依据。我国学者曾根据坡面侵蚀机理，主要针对黄土高原侵蚀沟对沟道类型进行了分类。朱显谟(1956)从土壤侵蚀的角度，根据沟蚀发展阶段、演变时期和侵蚀强度等，将沟蚀划分为细沟(rills)侵蚀、浅沟(ephemeral gullies)侵蚀和切沟侵蚀，所有的沟蚀发展都是由细沟侵蚀、浅沟侵蚀到切沟侵蚀，它们构成了一个完整的发育体系。
Poesen 等(2003)研究指出，在不同的时空尺度上，侵蚀沟产沙量占整个水蚀产沙量的10%～94%。侵蚀沟剥离了地表的沃土，导致大量土壤的沉淀和退化，并将泥沙淤积于河道，造成了地表的割裂，蚕食了大量的土地，对农业生产、水利安全和交通出行等带来了极大的危害。作为一个人口大国与农业大国，我国也是世界上土壤侵蚀*严重的国家之一。侵蚀的面积广大，强度也较为剧烈，造成的危害非常严重(郑粉莉等，2008)。第二次全国土地调查统计显示，截至2012 年底，我国耕地总面积为1.35×108hm2，其中受土壤侵蚀影响的耕地面积高达34.3%，平均年流失耕地表土为33×108t，相当于损失了约为1cm 厚的耕地表层土。据估算，我国每年因土壤侵蚀造成的经济损失相当于GDP 的2.25%(彭珂珊， 2016)。
我国独特的自然地理环境，形成区域特点明显的三大侵蚀类型区，即西北风力侵蚀区、东部水力侵蚀区以及青藏高原冻融侵蚀区(郑粉莉等，2008)。其中，黄土高原是我国乃至全球范围内土壤侵蚀*严重的地区。西北黄土高原丘陵沟壑区侵蚀沟的分布面积占沟间地面积的70%左右(唐克丽等，1991)。黄土高原丘陵沟壑区地质构造特殊、自然条件严峻、生态环境脆弱以及人类活动影响强烈，导致解决该区土壤侵蚀问题至今仍是世界水土保持工作中具有有挑战性的课题。除此以外，作为我国重要的粮食和工业生产基地，随着近百年来东北黑土区土地利用方式的转变，尤其是中华人民共和国成立以来大规模的快速开发和大面积的开荒整治，土壤侵蚀情况也日趋严重。东北黑土区内现有侵蚀沟25 万多条，侵占耕地59 万多公顷(张学俭等，2007)。这不仅造成了黑土地资源的丧失，并且威胁该区农业和社会经济的发展。
随着生态环境的不断恶化，防治土壤侵蚀已成为世界各国政府和研究人员共同关注的重要问题，对侵蚀沟的相关研究已引起了国内外学者的普遍重视。研究侵蚀沟的基础是全面认识侵蚀沟，这就需要在不同时空尺度下对侵蚀沟的形态发展、水力特性以及土质特征等进行详细的监测。尤其是对侵蚀沟发育形态的监测，对于了解侵蚀沟的形成机制和发展状况，构建侵蚀沟评估与预测模型具有重要的作用。因此，研究合适的侵蚀沟监测方法对侵蚀沟的形态发展进行监测，对于深入认识侵蚀沟及其发展规律，制订有效的防治政策与措施具有重要意义。
过去技术手段的欠缺，加上侵蚀沟形成和发展的阶段性和复杂机制使得侵蚀沟监测非常困难，已经严重地制约了土壤侵蚀普查、预报和治理。为了解侵蚀沟的形成、发展及估计侵蚀量变化，以往的研究多以数字高程模型(digital elevation model，DEM)为基础，来解释侵蚀沟的形成与周围地形特征关系。借助准确和详细的地形信息，能够帮助人们更好地掌握侵蚀沟在何时、何地出现以及侵蚀沟的形态特征如何随着时间演化。目前，DEM 产品的空间分辨率一般为1～30m，这个精度难以满足侵蚀沟调查的要求，特别是在人工试验小区内的侵蚀监测。其范围一般为5m×30m，在如此小的尺度范围内，DEM 很难满足侵蚀沟变化监测的要求。为了捕捉影响沟壑形成和发展的地形微结构变化，DEM 的空间分辨率应该为5mm～15cm(Schmid et al.，2004)。

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