无人机在冰川复杂地形监测中的应用

冰川作为冰冻圈核心要素之一, 是气候变化的天然指示器。通过监测冰川变化, 可以了解局地或全球气候波动, 无人机飞行测量技术是当代冰川观测研究的重要监测技术。选取玉龙雪山白水河1号冰川为研究区, 利用无人机低空飞行航测, 获取冰川末端分辨率为0.09 m的正射影像和数字地表模型（DSM）。将正射影像与高分一号影像、 Google Earth提供的Pléiade影像进行对比分析, 结果表明： 空间上, 无人机航测正射影像能较好的与高分一号、 Pléiade影像产品进行匹配。高分辨率无人机航测影像, 能够很好地表达冰面地形和一些微地貌特征。同时, 无人机航测构建的空间分辨率为0.09 m的DSM模型, 对冰面地形特征反映地更为详尽和准确。此外, 本次航测结合历年卫星遥感数据和地形图资料表明： 自1957年至2018年5月, 白水河1号冰川末端平面距离累积退缩达（646.27±12.04） m。无人机技术在复杂地形、 多云天气、 人工观测难的冰川环境中开展摄影测量具有很大应用前景。通过冰川末端无人机航测实地验证, 将为下一步整条冰川物质平衡的监测和计算提供技术和方法支撑。     

免像控无人机技术在矿山地貌形态调查中的应用

传统的无人机测量技术用于矿山测量须进行必要控制点的测设,也使无人机测设在复杂地形、难以进入等地区存在一定的应用瓶颈。免像控航测技术可以不提前布设控制点,成为矿山地貌形态调查的一种重要趋势。以昆明市某露天采矿区为研究区,利用DJI PHANTOM 4 RTK无人机进行航摄,分析免像控航测技术的关键技术和作业流程,完成了DOM(数字正摄模型)、DEM(数字高程模型)、DSM(数字栅格地图)和DLG(数字线划地图)制作、三维模型构建及模型内、外精度分析,对研究区地貌形态分布情况与特征参数进行分析统计。实验结果论证了免像控航测技术在矿山地貌景观调查中的可行性,为合理化开发矿产资源、最大化恢复生态环境提供技术支撑。     

无人机航测倾斜摄影在工矿遗址上的应用

介绍无人机航测倾斜摄影技术的特点,结合工矿遗址航测项目的应用,利用无人机航测倾斜摄影技术生产出测区数字正射影像、实景三维模型、数字地形图,达到生产测绘产品目的的同时,探索实景三维模型其它方面的应用,为以后实景三维模型的推广应用提供一定参考。     

无人机摄影测量在矿山地质环境调查中的应用

为解决传统的人工野外矿山地质环境调查易受交通、地形影响,且劳动强度大、效率低、成本高等问题,将无人机摄影测量技术应用在矿山地质环境调查中。以长春市净月东升采石场为研究区,利用RTK（实时动态差分技术）获取地面控制点坐标,采用大疆精灵4无人机进行航空摄影,在Pix4Dmapper建立的研究区三维模型上经量测、解译等,提取研究区内矿坑面积、边坡方位、长度、高度、体积和表面积以及滑坡、崩塌堆积体和断层等矿山地质环境相关的几何信息,制作了研究区地形图、DOM（数字正射影像）和DSM（数字表面模型）,同时解译了边坡大量随机结构面迹线和产状信息。结果表明,基于无人机摄影测量技术的矿山地质环境调查可以快速获取矿山地质环境信息,获取的结构面倾向、倾角误差分别在5°和4°以内,可满足矿山地质环境调查精度要求。     

面向东川复杂山地泥石流沟谷三维地形建模及特征分析的无人机遥感探测应用研究

以云南省东川区小江流域中游左岸大白泥河支流的泥石流沟谷为研究对象,利用无人机遥感技术采集该泥石流沟谷地表地貌数据,提出结合地面三维激光扫描建模数据进行同名地物控制点提取,实现无人机影像数据的绝对定向方法。通过Smart3D影像数据处理,构建研究区三维地形模型,得到数字正射影像（Digital Orthophoto Map,DOM）、数字表面模型（Digital Surface Model,DSM）和高密集匹配点云。利用PhotoScan软件中的不规则三角网渐进加密技术对点云数据进行处理,得到0.5 m分辨率的数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）。结合ArcGIS和Cloud Compare中的相关地形分析模块,实现对该段泥石流沟谷地区的地形特征分析。基于无人机遥感的泥石流沟谷地形建模及特征分析研究中采用的技术路线和方法,对于定性、定量探测高原复杂山区地质灾害及其监测、防治等具有重要实证案例参考价值与实践指导意义。     

免像控无人机航测技术在舟曲县立节北山滑坡-泥石流灾害应急处置中的应用

近年来,无人机航测技术在地质灾害防治领域广泛应用,特别是在突发性地质灾害应急处置中优势显著。免像控无人机航测技术能够快速获取测绘数据,跟传统航测方法相比,极大的节约了时间和人力成本。文中利用大疆精灵Phantom 4 RTK无人机,对甘肃省舟曲县立节北山滑坡-泥石流灾害进行免像控航测数据获取和处理。根据航测成果快速获取了滑坡形态特征、泥石流沟道特征等相关参数, 分析了滑坡变形迹象,并应用实地测量数据进行免像控航测精度评价分析。研究结果表明:滑坡形态特征、泥石流沟道特征、变形迹象均与实地相符,检核点精度满足《低空数字航空摄影测量内业规范》（GH/Z 3003—2010）数据生产规范,成果数据可用于灾害体变形特征分析、几何参数快速提取,辅助分析评估险情、灾情。对突发性地质灾害应急处置中无人机测绘数据的快速获取工作具有一定的借鉴意义。     

无人机技术在矿山生态修复调查中的应用

矿山开采活动对生态环境破坏巨大,随着近些年生态环境保护力度的加大,陆续关停了部分矿山并进行生态修复。使用无人机获取广州市内某矿山的航测数据,经处理后生成正射影像图、数字表面模型及三维模型,这三类成果互补展现精细全面的矿山环境,包含丰富的矿山地理信息和真实地物纹理,最后进行坡度、坡向处理分类,为矿山修复工程设计、工程挖填方估算、复绿物种选择和修复方式等提供基础资料。研究结果表明,采用航测技术可快速有效地获取矿山生态修复的基础性数据,提供生态修复规划的参考依据,也可运用于山体滑坡、崩塌、泥石流等相关地质灾害的防治与监测工作。     

青藏高原念青唐古拉山廓琼岗日1号冰川变化研究

小冰川对气候变化非常敏感,监测与定量评估此类冰川变化有助于理解冰川对气候变化的响应幅度与机制。本研究结合多源遥感数据(卫星遥感与无人机航测),分析了近50年来青藏高原念青唐古拉山廓琼岗日1号冰川面积变化趋势,定量评估了该冰川近期的冰面高程变化幅度与空间分布。结果表明,1968—2021年廓琼岗日小型冰斗冰川的面积从(1.444±0.013) km²缩减至(0.712±0.001) km²,萎缩幅度达到50.7%,冰川末端退缩平均速率约为(6.23±0.71) m·a^-1。基于2020—2021年高精度无人机航测数据发现,廓琼岗日1号冰川冰面平均高程差达到(-2.41±0.69) m,冰川末端高程变化大于3 m,中部的冰面高程下降幅度在1.5～3 m之间。研究还发现冰川表面河道对冰面高程空间变化起着重要作用,该冰川表面共发育有13条表面河道,2020—2021年河道向西北方向偏移约2 m。冰面河道的向下侵蚀与侧向消融导致末端冰面高程变化呈现显著的空间差异。     

基于无人机遥感的河流阶地提取

河流阶地记录了河流演变过程中因构造抬升或气候变化引起的侵蚀基准面变化的信息,阶地的提取与划分对于新构造研究与古气候重建有着重要的意义,在分析传统阶地提取方法不足的基础上,提出了一种利用无人机遥感进行阶地提取的新方法.该方法利用无人机航拍影像和高精度地面控制点,通过基于计算机视觉的多视立体运动恢复结构(structure from motion with multi-view stereo, SfM-MVS)技术自动生成研究区高分辨率的正射影像和数字表面模型(digital surface model,DSM),在此基础上根据河流阶地的几何特征,利用高程、坡度及影像灰度等统计量实现阶地信息的提取.利用这一方法对汉江支流蛮河下游河段的阶地进行了提取试验.结果表明,该方法能够提取到两级河流阶地和一级河漫滩信息,提取结果与野外实测结果有较好的一致性.与传统阶地提取方法相比,该方法具有精度好、效率高、可视化效果全面直观等优势,显示出无人机遥感在河流地貌学研究中的巨大优势和广阔应用前景.      

基于雷达干涉失相干特性提取冰川边界方法研究

冰川边界提取是冰川变化监测的一个重要参数,光学冰川遥感方法可以有效、精确的提取出无云区域冰川的边界信息,但是,对于有云区域和天气状况不好的冰川区域却很难获取冰川的边界信息.提出了一种基于SAR干涉失相干特性的提取冰川边界信息的方法,该方法利用内陆冰川表面失相干问题严重的特点,通过比对冰面相干系数和非冰覆盖区域的相干系数,采用阈值法对冰川区域的干涉相干图进行冰川边界的提取.根据上述方法提取冰川边界的精度达到89%,结果表明利用雷达干涉失相干特性进行冰川边界提取是可行的.     

2000—2020年兴都库什东部冰川区物质平衡变化及其影响因素

利用SRTM DEM和ASTER立体像对数据获取的DEM分析了2000—2020年兴都库什东部的冰川物质平衡,并结合CRU TS 4.04气象数据探讨了气温、降水、地形和冰湖对南、北冰川区物质平衡空间差异的影响。结果表明：2000—2020年兴都库什东部冰川区物质平衡为（-0.02±0.04） m w.e.·a^-1,冰川整体呈现微弱的负物质平衡状态。从坡向来看,南坡以正物质平衡冰川居多,北坡以负物质平衡冰川居多。从南、北两个子区域来看,北部冰川区物质平衡为（0.07±0.04） m w.e.·a^-1,南部冰川区物质平衡为（-0.32±0.04） m w.e.·a^-1。北部冰川面积规模大,所处海拔区间高,南部则相反。北部冰川区处于较高的海拔区间且冬季气温较低,导致夏季升温所产生的冰川消融的影响被削弱,冰川物质平衡的分布与降水分布在空间上具有一致性。南部冰川区出现的强烈物质亏损主要是由于夏季气温的急剧升高和冰川处于较低的海拔区间。南、北区域冰前湖和冰面湖面积不断扩大的空间差异性,也在一定程度上加剧了该地区冰川物质平衡的空间差异。     

数字表面模型与地形变化测量

在加利福尼亚州丘陵区和佛罗里达州滩涂区获得多时相航空摄影立体像对,构建数字表面模型。由于数字表面模型上记录着自然景观的三维表面坐标,我们可以测量沟壑侵蚀、河道窄化和深切以及海岸带滩涂地带盐沙地的移动,精度达到1m以内。本文使用的方法可为环境演变的定量化和进一步揭示环境演化规律提供精确参数。     

川西螺髻山清水沟倒数第二次冰期以来的冰川规模与古气候重建

川西螺髻山清水沟保存着倒数第二次冰期（MIS 6）、末次冰期早期（MIS 4）和末次冰期晚期（MIS 2）较为完好的冰川沉积序列,该序列为螺髻山地区晚第四纪古环境重建提供了直接依据。基于野外地貌考察和冰川地貌特征确定出古冰川分布范围,计算古冰川物质平衡线高度（ELA）,应用P-T模型和LR模型计算出各冰期时段的气温与降水。结果显示：清水沟MIS 6、MIS 4和MIS 2的冰川面积分别为3.44 km²、2.22 km²和1.20 km²,冰川体积分别为0.19 km³、0.12 km³和0.07 km³。各期次的古ELA分别为3 132 m、3 776 m和3 927 m,相对于现代ELA分别下降了1 716 m、1 071 m和920 m。冰川规模受气温和降水的共同影响,MIS 6气温大幅下降（8~12 ℃）是导致该阶段冰川规模最大的原因;MIS 4降水为现在的80%左右,而气温下降幅度（6~7 ℃）小于倒数第二次冰期,冰川规模小于倒数第二次冰期;MIS 2降水仅为现在的60%~80%,降温幅度（4~8 ℃）也不大,因此该阶段冰川规模最小。     

四川康定折多山末次冰盛期古冰川重建及其气候意义

折多山位于青藏高原东缘,地势上处于由高原面向高山峡谷的过渡区,古冰川遗迹保留较好。对折多山冰川地貌进行深入研究,对揭示青藏高原东缘地形演化与古气候变化的耦合机制具有重要意义。在野外考察的基础上,结合Google Earth遥感影像、《中国第二次冰川编目》和DEM等资料,对折多山冰川地貌及其特征参数进行了识别、提取和计算。研究共识别出189条古冰川,覆盖面积为497 km²。基于研究区已有年代学资料,本区冰川地貌主要为末次冰盛期（LGM）以来冰川作用遗存。恢复研究区LGM冰川平衡线高度（ELA）,在西坡和东坡分别为4 380 m和4 110 m,相差270 m,揭示出分水岭东侧更有利于冰川发育。广泛发育的冰蚀湖、冰蚀基岩面、羊背石等,以及深切的冰川槽谷（U形谷）指示海洋性冰川作用特征;冰川作用正差、冰川朝向、冰蚀地貌的差异,揭示积累区地形条件和水汽来源对研究区冰川发育具有重要的影响。     

基于Landsat-8影像的北极地区入海冰川流速监测

Landsat-8 OLI因其空间分辨率较高、重复周期适中、高辐射分辨率、高图像获取率（图像质量）的特点,在北极地区大范围冰川流速监测研究中有较大优势。利用2017/2018年格陵兰岛、斯瓦尔巴群岛、北地群岛、法兰士约瑟夫地群岛、德文岛5处北极区域的Landsat-8全色波段数据,采用特征追踪方法提取入海冰川消融期流速。结合MEaSUREs冰川流速数据,分析了198条北极地区入海冰川流速的空间分布特征及其影响因素,同时探究了格陵兰岛Kangerlussuaq冰川流速随时间变化特征。结果表明：与北极其他区域相比,格陵兰岛前缘流速在5~10 m·d^-1及10~20 m·d^-1的入海冰川在数量上最多,最大流速达到了31.62 m·d^-1。而格陵兰岛内部的冰川流速存在差异,北海岸入海冰川平均流速最慢（1.99 m·d^-1）,东海岸平均流速（6.13 m·d^-1）大于西海岸（4.14 m·d^-1）。这种流速空间分布差异可能由冰川规模、冰床地势、海流作用、冰盖消融情况等多种因素共同导致。2018年3—10月期间,Kangerlussuaq冰川前缘流速为21.02~22.87 m·d^-1,整体流速为10.02~11.39 m·d^-1。冰川流速在6—7月和9—10月出现峰值,在8—9月出现低谷,主要缘于冰川融水导致的运动加速和冰川物质平衡变化。     

1987 - 2018年祁连山冰川变化遥感监测及影响因子分析

祁连山冰川融水是维系我国西北地区生态平衡的重要因素。为评估祁连山冰川在全球气候变暖背景下的状态, 利用Landsat-TM、 ETM+、 OLI等遥感影像, 基于波段比值阈值法提取1987 - 2018年共计7期冰川边界进行时序变化分析。结果显示： 近31年来祁连山冰川面积从2 080.39 km²退缩到1 442.09 km², 年均退缩率达0.99%, 相比1956 - 1990年间的退缩率（0.58%）大幅增加; 近31年来冰川物质平衡线高度稳步上升; 冰川主要分布在海拔4 700 ~ 5 100 m之间, 冰川退缩随海拔降低而增加; 约93%的冰川的面积小于2.0 km², 小于0.1 km²的冰川的总数和总面积呈增加态势; 0.5 ~ 1.0 km²的冰川退缩最快, 年均退缩率达1.53%, 而大于10.0 km²的冰川退缩最慢, 年均退缩率为0.59%; 祁连山冰川退缩主要由夏季均温升高引起, 且最近十年间冰川呈现出加速退缩的态势。     

唐古拉山中西段冰川槽谷形态及其影响因素分析

冰川槽谷作为典型的冰川侵蚀地貌,研究其形态特征和影响因素有助于更全面地认识冰川发育模式和侵蚀特征。本文以唐古拉山中西段为研究区,运用V指数模型和地理探测器模型,分析探讨了区内冰川槽谷形态发育特征,并对其影响因素进行了研究。结果表明：冰川槽谷横剖面的V指数与幂函数b值在槽谷对称的情况下可以相互替代,且典型冰川槽谷横剖面的V指数介于0.20~0.43之间。研究区保存着“箱形”形态的冰川槽谷,其V指数具有接近于1的特征。区内冰川槽谷横剖面V指数<0.20的占比19%,V指数介于0.20~0.43之间的占比48%,V指数>0.43的占比33%,表明研究区内呈典型“U”形的槽谷数量最多。此外,北坡主要发育典型“U”形的冰川槽谷,占比高达60%,而南坡各种形态的槽谷数量相当。研究区内山谷冰川发育区、过渡区槽谷呈典型“U”形的占比最多,而冰帽发育区槽谷近似“箱形”的占比最多。应用地理探测器对影响冰川槽谷形态特征的因素进行评价,最主要的影响因素有冰川作用区面积因素和冰川作用正差因素,其次是岩性因素,再次是坡度和地形起伏度因素,最后是冰川性质和槽谷朝向因素。冰川作用区面积因素和坡度因素的交互作用对冰川槽谷形态特征的影响最为显著。