Возможности использования беспилотного летательного аппарата для оценки почвенной и овражной эрозии

А.М. Гафуров

Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

Полный текст PDF

Аннотация

В статье представлены результаты, позволяющие утверждать о возможности использования беспилотного летательного аппарата (БПЛА) в форм-факторе квадрокоптера (на примере DJI Phantom 4) для оценки эрозионных потерь почвы. Проведен сравнительный анализ результатов съемки с помощью БПЛА до и после использования наземных опорных точек для геоориентирования полученной трехмерной цифровой модели рельефа. При использовании четырех опорных точек точность привязки возросла на два порядка при снижении ошибок по высоте до 2–2.2 см. Кроме того, проведено сравнение получаемой с помощью БПЛА модели рельефа с эталонной, полученной с помощью наземного лазерного сканирования. Полученные результаты свидетельствуют о применимости метода оценки объемов эрозии и аккумуляции в звене овражной эрозии при соблюдении методики обеспечения геодезического обоснования.

Ключевые слова: эрозия, овраг, беспилотный летательный аппарат (БПЛА), фотограмметрия, наземное лазерное сканирование, цифровая модель рельефа, GNSS, тахеометрия

Литература

1. Заславский М.Н. Эрозиоведение. –  М.: Высш. шк., 1983. – 320 c.
2. Егоров И.Е. Полевые методы изучения почвенной эрозии // Вестн. Удм. ун-та. Сер. «Биология. Науки о Земле». – 2009. – Вып. 1. – C. 157–170.
3. Lucieer A., de Jong S.M., Turner D. Mapping landslide displacements using Structure from Motion (SfM) and image correlation of multi-temporal UAV photography // Progress Phys. Geograph. – 2014. – V. 38, No 1. – P. 97–116. – doi: 10.1177/0309133313515293.
4. Gafurov A.M., Yermolaev O.P., Usmanov B.M. Assessment of the intensity of slope erosion using terrestrial laser // Int. J. Pharm. Technol. – 2016. – V. 8, No 3. – P. 14822–14832.
5. Rishikeshan C.A., Katiyar S.K., Mahesh V.N.V. Detailed Evaluation of DEM Interpolation Methods in GIS Using DGPS Data // Proc. Sixth Int. Conf. on Computational Intelligence and Communication Networks. – IEEE, 2014. – P. 666–671. – doi: 10.1109/CICN.2014.148.
6. Веденеева Е.А., Гафуров А.М., Ермолаев О.П., Усманов Б.М. Оценка интенсивности современных экзогенных процессов методом наземного лазерного сканирования // Теория и методы современной геоморфологии: Материалы XXXV Пленума Геоморфологической комиссии РАН. – Симферополь, 2016. – Т. 1. – C. 401–405.
7. Teo T.-A., Huang S.-H. Surface-Based Registration of Airborne and Terrestrial Mobile LiDAR Point Clouds // Remote Sens. – 2014. – V.6, No 2. – P. 12686–12707. – doi: 10.3390/rs61212686.
8. Prokop A., Schön P., Singer F., Pulfer G., Naaim M., Thibert E., Soruco A. Merging terrestrial laser scanning technology with photogrammetric and total station data for the determination of avalanche modeling parameters // Cold Regions Sci. Technol. – 2015. – V. 110. – P. 223–230. – doi: 10.1016/j.coldregions.2014.11.009.
9. Al-Manasir K., Fraser C.S. Automatic Registration of Terrestrial Laser Scanner Data via Imagery // ISPRS Commission V Symposium “Image Engineering and Vision Metrology”. – 2006. – V. 36, pt. 5. – P. 26–31.
10. Colomina I., Molina P. Unmanned aerial systems for photogrammetry and remote sensing: A review // ISPRS J. Photogrammetry and Remote Sensing. – 2014. – V. 92. – P. 79–97. – doi: 10.1016/j.isprsjprs.2014.02.013.
11. Clapuyt F., Vanacker V., Van Oost K. Reproducibility of UAV-based earth topography reconstructions based on Structure-from-Motion algorithms // Geomorphology. – 2016. V. 260. – P. 4–15. – doi: 10.1016/j.geomorph.2015.05.011.
12. Turner I.L., Harley M.D., Drummond C.D. UAVs for coastal surveying // Coastal Engin. – 2016. – V. 114. – P. 19–24. – doi: 10.1016/j.coastaleng.2016.03.011.
13. Cook K.L. An evaluation of the effectiveness of low-cost UAVs and structure from motion for geomorphic change detection // Geomorphology. – 2016. – V. 278. – P. 195–208. – doi: 10.1016/j.geomorph.2016.11.009.
14. Tilly N., Kelterbaum D., Zeese R. Geomorphological mapping with terrestrial laser scanning and UAV-based imaging // Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci. – 2016. – V. XLI-B5. – P. 591–597. – doi: 10.5194/isprs-archives-XLI-B5-591-2016.
15. d’Oleire-Oltmanns S., Marzolff I., Peter K., Ries J. Unmanned aerial vehicle (UAV) for monitoring soil erosion in Morocco // Remote Sens. – 2012. – V. 4, No 12. – P. 3390–3416. – doi: 10.3390/rs4113390.
16. Pineux N., Lisein J., Swerts G., Bielders C.L., Lejeune P., Colinet G., Degré A. Can DEM time series produced by UAV be used to quantify diffuse erosion in an agricultural watershed? // Geomorphology. – 2016. – V. 280. – P. 122–136. – doi: 10.1016/j.geomorph.2016.12.003.
17. Car M., Kaćunić D.J., Kovačević M.-S. Application of unmanned aerial vehicle for landslide mapping // Proc. Int. Symposium on Engineering Geodesy. – Zagreb: Croatian Geodetic Soc., 2016. – P. 549–559.
18. Boon M.A., Greenfield R., Tesfamichael S. Unmanned aerial vehicle (UAV) photogrammetry produces accurate high-resolution orthophotos, point clouds and surface models for mapping wetlands // S. Afr. J. Geomatics. – 2016. – V. 5, No 2. – P. 186–200.
19. Zhang W., Jiang T., Han M. Digital camera calibration method based on PhotoModeler // 3rd Int. Congress on Image and Signal Processing. – IEEE, 2010. – P. 1235–1238. – doi: 10.1109/CISP.2010.5647253.
20. Takasu T., Yasuda A. Development of the low-cost RTK-GPS receiver with an open source program package RTKLIB // Int. Symp. on GPS/GNSS. – Jeju, Korea: Int. Conv. Cent. 2009. – URL: http://gpspp.sakura.ne.jp/paper2005/isgps_2009_rtklib_ revA.pdf.
21. Usmanov B., Yermolaev O., Gafurov A. Estimates of slope erosion intensity utilizing terrestrial laser scanning // Proc. Int. Assoc. Hydrol. Sci. – 2015. – V. 367. – P. 59–65. – doi: 10.5194/piahs-367-59-2015.
22. Мальцев К.А., Мухарамова С.С. Построение моделей пространственных переменных (с применением пакета Surfer). – Казань: Казан. ун-т, 2014. – 103 с.
23. Оньков И.В. Оценка точности высот SRTM для целей ортотрансформирования космических снимков высокого разрешения // Геоматика. – 2011. – № 3. – C. 40–46.
24. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов. – М.: ЦНИИГАиК, 2002. – 48 c.

Поступила в редакцию

16.01.17

Гафуров Артур Маратович, старший лаборант кафедры ландшафтной экологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: gafurov.kfu@gmail.com

Для цитирования: Гафуров А.М. Возможности использования беспилотного летательного аппарата для оценки почвенной и овражной эрозии // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2017. – Т. 159, кн. 4. – С. 654–667.

For citation: Gafurov A.M. Possible use of unmanned aerial vehicle for soil erosion assessment. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2017, vol. 159, no. 4, pp. 654–667. (In Russian)

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.