基于无人机影像的冰面流速与高程变化提取方法

无人机遥感能够获取高精度、高分辨率的冰川表面三维形态,有助于揭示冰川的运动和消融变化,现已成为冰川变化监测的重要技术支撑。针对无人机高分辨率影像能够有效识别表碛覆盖型冰川表面细节特征点的优势,本文引入金字塔影像集和最小二乘匹配方法联合开展特征点的追踪,用以实现冰川表面特征点三维位移场提取和动态变化分析。以贡嘎山贡巴冰川冰舌区作为典型研究区域,利用高分辨率无人机影像生成消融期前后（2018年6月9日和10月17日）的正射影像数据和数字表面模型,基于2期正射影像提取冰川表面特征点并实施追踪以获得三维位移场,在此基础上初步探明贡巴冰川冰舌段表面位移速率最大为7.51 cm/d,垂向消融速率超过11 cm/d。本文相关研究数据和结果可为冰川及复杂地形山区地质灾害的监测提供参考。     

基于低空摄影高精度数字高程模型(DEM)的风沙草滩特征及稳定性评价

基于无人机低空摄影测量获取到的高分辨率数字正射影像图/数字高程模型（DOM/DEM），选取榆林榆阳区岔河则乡附近一片较为典型的风沙草滩为研究区，分别对沙丘地形因子（坡度、地形起伏度、地表粗糙度、剖面曲率）、斑块形状指数及植被覆盖度进行提取并构建稳定性评价体系，然后利用GIS空间分析功能对该区域内的沙丘稳定性进行了评价。结果表明：（1）无人机航测以便捷高效的特点，可生成高精度地形数据并实现小尺度沙丘地形特征提取；（2）在人工飞播固沙和风沙缓慢侵蚀的双重作用下，研究区已体现出较为稳定的风沙草滩区特有地貌环境特征；（3）该区域已经拥有一定程度的抵抗力稳定性，但不具备恢复力稳定性。     

基于ERDAS 8.7 LPS模块的正射影像图制作

数字正射影像是把通过航空摄影或卫星传感器获取的地面影像经倾斜纠正和投影差等的改正消除各种变形后得到的具有固定比例尺的影像,对其纠正后进行拼接、整饰,得到数字正射影像图。正射影像图既具有地图正射投影的特性,又消除了误差,所以在数字正射影像图上进行量测相当于在地表面上进行量测。ERDAS IMAGINE LPS模块是在原有的IMAGINE OrthoBase基础上改进的产品,在这一模块中完成了摄区正射影像的纠正及以前版本数据转到Data Preparation模块下进行的纠正后正射影像拼接,从而提高了工作效率,使软件更加人性化。     

遥感影像三维地形建模技术探讨——以昆明市为例

以昆明市为例，利用1：50000纸质地形图在ArcGIS中完成等高线矢量化，并在ERDAS中建立高精度的DEM数据。再采用ETM＋影像制作的昆明市正射影像作为三维表面的纹理信息，应用ERDAS IMAGINE8．7的VirtualGIS模块，在相同的投影坐标系统下，将数字高程模型（DEM）数据与遥感正射影像进行叠加实现了昆明市的三维地形可视化。     

基于正射影像匹配的地形变化检测与更新算法

利用新时期的航空影像和旧时期的DEM,基于正射影像匹配的相关理论,提出了地形变化检测和数据更新的自动化算法,该算法能够利用两个时期的未变化信息进行控制,避免了传统的定向过程,极大减少了人工编辑,能够同时得到变化检测的结果、更新后的DEM和DOM。实验结果证明了该算法的实用性和高效性。     

基于多旋翼无人机倾斜摄影测量的沙丘三维形态研究

无人机倾斜摄影技术是近年来发展起来的新型测量方法，具有高效率、高精度、非接触、大范围等优点。本研究采用多旋翼无人机，结合精确测定的地面控制点，实现了对新月形沙丘群三维形态的精确测量。结果表明：无人机倾斜摄影测量的均方根误差小于18 mm，可以满足大比例尺地形测量的要求。利用该技术获取的多种测量参数表明，新月形沙丘二维与三维形态之间存在良好的相关性，基于这些关系，可以实现二维遥感影像量测结果向沙丘高度、沙丘体积等三维参数的转换。沙丘剖面形态可以采用非线性函数精确描述，为沙丘形态精确建模提供了参考。无人机倾斜摄影技术获取的沙丘三维形态参数，对于深入认识沙丘形态动力过程具有重要参考价值。     

基于QuickBird影像生成菲尔德斯半岛数字正射影像图及其精度评价

南极菲尔德斯半岛地区是世界各国进行极地科学考察的重要地区,该地区的高精度数字正射影像图(DOM)给极地考察提供了重要的信息支持。由于受地面控制点数量、分布以及DEM精度的影响,该地区已获取的数字正射影像图精度不能满足高精度应用需求。对此,本文讨论了利用QuickBird影像制作该地区数字正射影像图的方法,基于QuickBird影像,利用中国第25次南极考察队采集的地面控制点对正射纠正模型进行修正,并结合1∶20000比例尺地形图提取的DEM对影像进行投影差改正。误差分析表明,纠正后影像平面精度优于1m,满足1∶5000比例尺遥感平面图制图要求。     

COSI-Corr技术在风沙地貌研究中的初步应用及精度检验

沙丘移动与形态监测是风沙地貌研究的重要内容，传统的测量方法对大范围的风沙地貌进行动态监测存在很大的困难。光学影像配准与关联（Co-registration of Optically Sensed Images and Correlation，COSI-Corr）技术的出现为区域风沙地貌的动态演化与监测研究提供了良好契机。讨论了COSI-Corr技术在沙丘移动和形态监测中的优势和存在的主要问题，通过无人机野外地面实测结果检验了COSI-Corr的测量精度。结果表明：沙丘背风坡底缘COSI-Corr测量精度最高，月测量误差0.01～0.53 m，达到影像分辨率的1/30像元；在沙丘背风坡底缘，COSI-Corr测量精度与沙丘底面积呈线性关系，底面积越大，COSI-Corr测量误差越大；个别沙丘脊线部位出现极大异常点，与沙丘脊线部位的光噪影响有关。COSI-Corr技术在风沙地貌监测中尚属起步阶段，一些具体的问题还需要我们在实践中不断的去检验和改进，但它确实极大提高了野外风沙地貌动态监测的效率，为研究大尺度范围内风沙地貌的时空动态演化过程提供了可能，在未来的风沙地貌研究中将具有广阔的应用前景。     

坡耕地增长对沟谷发育的影响——以四川西昌大箐梁子为例

为了研究近50 a来土壤加速侵蚀的状况和原因,收集了四川西昌大箐梁子1957年、1979年、2000年航空影像,应用立体像对获取高程信息生成DEM,并利用DEM纠正航片获取正射影像。同时,利用三期正射影像获取土地利用变化和沟谷变化信息,通过野外调查与验证,分析了沟谷形成、发育特点及与坡耕地增长的密切关系。研究表明,西昌大箐梁子沟谷发育,到1957年已形成部分稳定或半稳定冲沟,1970年代后期,大量草地被开垦为耕地,且多为坡耕地,土壤抗蚀能力降低,土壤侵蚀由此加剧,沟蚀增强,人为加速了沟谷侵蚀的发育。     

无人机航空摄影测量在农村土地确权中的应用

无人机航空摄影测量技术应用十分广泛,近年来随着农村土地承包经营权工作的全面开展,利用无人机航测技术快速获取区域内的正射影像,内外业以此影像作为确权工作的原始影像数据源,数据的现势性,准确性在快速高效的作业平台上得以充分展现,对农村土地确权工作的快速推进起到了积极的作用。本文首先对无人机航空摄影测量技术进行了介绍,然后对其在农村土地确权中的应用进行了详细探究。     

SRTM DEM高程精度评价

为了全面认识SRTM DEM数据精度特征并完善SRTM DEM数据精度评定方法,该文以我国1∶5万比例尺DEM为参考数据,以具有多种地貌类型的陕西省为实验样区,利用高程中误差模型及空间插值方法对SRTMDEM进行高程精度分析。结果表明:陕西省的SRTM DEM高程中误差在3.5~60.7 m,呈现出较为显著的空间分异特征;并且高程中误差与实验样区平均坡度有较强的指数相关性,拟合的指数函数具有较高的模拟精度。     

古尔班通古特沙漠东南部植被线形沙丘内部构造及发育模式

在野外调查基础上,应用探地雷达（GPR）对古尔班通古特沙漠东南部植被线形沙丘内部构造进行探测,获取了沙丘内部构造的雷达相图像信息,结合区域自然地理和沙丘形态特征分析,初步探讨植被线形沙丘内部构造的演化模式。结果表明：（1）GPR探测揭示了沙丘地表以下3—5 m深度的浅层构造信息,可识别沙丘中上部和丘顶部位的高倾角、上凸形和楔状交错层理、沙丘中下部和丘间地的低倾角-近水平层理构造,反映了沙丘上部风沙蚀积活动较强烈,而两翼中下部和丘间地以风沙加积为主。（2）从沙漠边缘到沙漠中心,植被线形沙丘浅层沉积构造组合由两坡不对称分布向对称分布变化,沙丘横剖面形态亦由两坡不对称向对称形态同步变化,但未发现沙丘侧向迁移的沉积构造证据。（3）依据不同规模沙丘内部构造变化序列,可将植被线形沙丘演化划分为灌丛沙丘、风影灌丛沙丘、垄状沙链、植被线形沙丘等4个发育阶段。随着叠置灌丛沙丘不断合并融入,线形沙丘宽度和高度持续增大,沙丘顶部风沙活动性增强,高倾角、上凸形、楔状交错层理增多。（4）在沙丘表层3—5 m以下块状层理以及GPR探测信号衰减、图像分辨率变差的成因,应在今后工作中进一步验证。此外,系统阐明研究区植被线形沙丘演化过程,尚需补充更多GPR探测资料并开展年代学研究。     

Origin of a complex and spatially diverse dune-field pattern, Algodones, southeastern California

The Algodones Dune Field of southeastern California shows a complex and spatially diverse dune-field pattern that is superimposed upon a series of topographic lineations. Analysis of dune-field pattern parameters (dune crest length, crest orientation, dune spacing and defect density) derived from aerial images indicates that the dune-field pattern represents two constructional generations. Prominent compound crescentic dunes formed during the first constructional generation. A younger generation consists of a variety of simple crescentic dunes, linear dunes and zibars. Statistical differences in the pattern parameters between the dune groups within the second generation are resolved through consideration of the boundary conditions under which the dune pattern evolved, and provide explanations for: (1) diversity of dune types, (2) range in implied constructional times, (3) range in crest orientations, and (4) the anomalous nature of the population of linear dunes. The boundary conditions that have modified pattern development include orographic effects, grain size, vegetation, areal extent and antecedent conditions. Topographic lineations in the Algodones range from the Western Ramp, which defines the field margin, to subtle features masked by the pattern of dunes. Imaging of the Western Ramp using Ground Penetrating Radar shows high-angle cross-strata migrating perpendicular to the lineation trend. The most plausible hypothesis for the origin of the lineations is as dune ridges sequentially shed from adjacent Lake Cahuilla, which is the source of Algodones sands. The overall geomorphic complexity of the Algodones originates from the emplacement of the dune ridges during stages of Lake Cahuilla, the two generations of dune-field construction, and the controls exerted by boundary conditions.     

基于DEM数据的巴丹吉林沙漠沙丘分布规律及其形态参数

沙丘形态特征是风沙地貌研究的重要内容。数字高程模型（DEM）因卓越的三维地形表达能力被广泛应用于沙丘形态研究中。长期以来，受交通条件和研究方法的制约以及高大沙山分布位置的限定，对巴丹吉林沙漠沙丘形态的研究主要集中在沙漠东南部，缺乏对整个沙漠沙丘分布规律及其形态参数特征的系统认知。而对整个沙漠沙丘形态特征的研究，是区域风沙地貌形成与演化研究的重要组成部分。以巴丹吉林沙漠内所有独立沙丘为研究对象，利用研究区DEM数据和一种新的算法，研究了沙漠内两种主要类型沙丘（横向沙丘、星状沙丘）的分布规律及其形态参数特征。结果表明：沙漠内独立沙丘大约有6 033座，高度9~433 m，高度超过350 m的巨型沙山共有53座，其中星状沙山7座，最大高度383 m；横向沙山46座，最大高度433 m。横向沙丘高度与等效沙丘厚度呈正相关的线性函数关系，星状沙丘高度与等效沙丘厚度呈正相关的对数函数关系，表明在现代气候和环境条件下，横向沙丘高度仍在增加，而星状沙丘高度增长已经趋缓。两类沙丘的主轴向大都垂直于研究区主风向NW-SE。横向沙丘起沙风风向单一，沙丘轴向集中在NE-SW和NNE-SSW方向；星状沙丘起沙风风向略为复杂，沙丘存在多个次级轴向。     

海岸沙丘形态对台风响应的初步观测

基于2014年第10号强台风“麦德姆”登陆前后福建平潭岛海岸前丘、爬坡沙丘、横向沙丘和沙席等海岸沙丘形态的高精度测量数据,分析了典型海岸沙丘在台风登陆前后的形态变化,初步总结了华南海岸风沙地貌形态的台风响应模式。结果表明：4类典型海岸沙丘在台风“麦德姆”登陆前后的形态变化较大且主要是以体积减小和沙丘高度降低为主,测点高程的平均变化值为0.22 m,样区海岸沙丘体积平均减小0.59%,测点高程变化的平均值为高度降低0.05 m,但不同类型海岸沙丘及其不同部位的响应变化并非一致且存在较大差异,此与台风“麦德姆”的强侵蚀力及不同海岸沙丘的形态及其下伏地形、表面植被分布等的差异有关。     

腾格里沙漠东南缘固沙灌丛林土壤理化性质及分形维数

以腾格里沙漠固沙灌丛林为研究对象,选择大、中、小沙丘的迎风坡、丘顶和背风坡为研究样地,调查不同沙丘微地形土壤理化性质和土壤粒径分布的分形特征,阐明沙丘大小和微地形差异对固沙灌丛林土壤理化性质和土壤分形维数分布的影响规律。结果表明：（1）土壤含水率和全碳含量均表现为背风坡中部显著高于丘顶;土壤容重表现为迎风坡中部、丘顶和背风坡底部显著高于背风坡中部,而迎风坡底部居中;沙丘微地形对土壤pH和电导率均无显著影响。土壤容重表现为大、中沙丘显著高于小沙丘;土壤电导率表现为中、小沙丘显著高于大沙丘;沙丘大小对土壤含水率、pH和全碳分布均无显著影响。（2）土壤粉粒（2—50 μm）含量表现为迎风坡底部>背风坡底部>迎风坡中部>丘顶,而土壤极细砂（50—100 μm）含量表现为背风坡底部显著低于迎风坡中部和丘顶,土壤细砂（100—250 μm）含量表现为丘顶显著高于迎风坡底部和中部。大、中沙丘土壤颗粒组成以土壤粉粒和极细砂为主,而小沙丘则以土壤细砂为主。（3）土壤分形维数介于2.59—2.78,表现为迎风坡底部显著高于背风坡底部,其他3个微地形生境居中,而且大沙丘显著高于中沙丘,而小沙丘居中。（4）粉粒含量越高,土壤电导率和全碳含量越高;极细砂含量越高,土壤电导率越低;砂粒含量越高,全碳含量越低;土壤细砂含量越多,分形维数越大。沙丘大小、微地形对土壤理化性质及分形维数的作用效果存在较大的差异性,需要根据沙丘大小和微地形来开展人工林建设和生态效应评价。     

艾比湖流域抛物线形沙丘形态特征

选择新疆艾比湖流域精河县东南部梭梭林沙地中的典型抛物线形沙丘为研究对象,以风沙地貌学、遥感、地理信息系统及测量学理论为基础,利用野外调查3S工作平台,运用RTK技术实地获取三维基础数据,通过ArcGIS10.0软件生成沙丘DEM,有效提取沙丘的地形因子和形态特征,量化分析了抛物线形沙丘的三维形态特征。结果表明：所研究抛物线形沙丘的平面形态为“U”形和“V”形,开口面向NW,即区域盛行风向,沙丘弧顶凸出指向SE,即下风方向,沙丘长轴走向与当地合成风向或输沙方向一致;迎风坡较缓,沙质较粗;背风坡较陡,沙质较细;横剖面不对称,北翼角长于南翼角;主要植被类型为梭梭,伴有芨芨草为主的若干草本,主要分布在风蚀洼地及沙丘脊上。运用RTK技术所获得的三维数据中,96%的高程值误差小于0.02 m,数据可靠。     

Sand dune movement in the Victoria Valley, Antarctica

We use vertical aerial photographs and LiDAR topographic survey data to estimate dune migration rates in the Victoria Valley dunefield, Antarctica, between 1961 and 2001. Results confirm that the dunes migrated an average of 1.5 m/year. These values are consistent with other estimates of dune migration from cold climate deserts and are significantly lower than estimates from warm deserts. Dune migration rates are retarded by the presence of entrained ice, soil moisture and a reversing wind regime. Dune absorption, merging and limb extension are apparent from the time-series images and account for significant changes in dune form and the field-scale dune pattern. Dune-field pattern analysis shows an overall increase in dune-field organization with an increase in mean dune spacing and a reduction in total crest length and defect density. These data suggest that dunes in other cold desert environments on Earth, Mars or Titan, that may also have inter-bedded frozen laminae, still have the potential to migrate and organize, albeit at lower rates than dunes in warm deserts.     

反向沙丘近地层气流变化及其对沙丘形态的影响

反向沙丘形态-动力学过程是风沙地貌的重要研究内容。选择腾格里沙漠东南缘推平沙地发育的反向沙丘为研究对象,采用二维超声风速仪对沙丘表面5个位置0.25 m和0.5 m高度的气流进行野外观测。结果表明：（1）气流方向影响近地层气流特征。以沙丘脊线垂线为轴,0.25 m高度处沙丘脊线的垂线两侧风向变化不完全对称。当丘顶气流方向与脊线垂线角度差值为负时,迎风坡底部风速恢复较慢。（2）背风坡气流特征受风向控制。背风坡0.25 m与0.5 m高度气流变化规律相似,在背风坡中部发生偏转,但沙丘顶部气流方向与脊线垂线相差<10°时发生反向偏转。丘顶风向为285°—315°（左偏）时,0.25 m高度的偏转角度大于0.5 m高度的偏转角度。背风坡0.25 m与0.5 m高度处风速表现为脊线垂线两侧风速变化不一致。（3）沙丘表面气流影响沙丘形态。观测期间沙丘脊线发生明显移动,移动值为0.33 m。背风坡发生堆积,最大堆积厚度为0.44 m,迎风坡发生风蚀,最大风蚀深度为0.43 m。该研究结果证实了风在风沙地貌演化中的重要作用,为反向沙丘形态演化数值模拟提供数据支持。     

Measurements and numerical simulations of the degree of activity and vegetation cover on parabolic dunes in north-eastern Brazil

In this work we present measurements of vegetation cover over parabolic dunes with different degrees of activation along the north-eastern Brazilian coast. We extend the local values of the vegetation cover density to the whole dune by correlating measurements with the relative brightness index C of high resolution QuickBird panchromatic satellite images of the dune field. We then introduce the vegetation data into a continuous model for vegetated dunes, coupling sand erosion and vegetation growth, and perform simulations of the evolution of the morphology and vegetation cover of parabolic dunes. Finally, from the comparison of both, the measurements and the simulation results, we show that the model is able to predict the dune shape and the vegetation distribution of real parabolic dunes as result of the evolution of a blow-out.