史揚(yáng)子, 黃婷婷, 羅建勇, 楊 揚(yáng), 劉寶元

(1.北京師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)部 地表過(guò)程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100875;2.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 楊凌 712100)

切溝是指普通農(nóng)具無(wú)法橫過(guò)耕作的侵蝕溝，寬度和深度一般均超過(guò)50 cm[1-2]。切溝侵蝕是在切溝發(fā)生發(fā)展過(guò)程中造成的侵蝕，主要包括溝頭溯源侵蝕、溝底下切侵蝕和溝岸側(cè)向侵蝕3種方式[2-3]。切溝侵蝕是全球河流泥沙的重要來(lái)源，其產(chǎn)沙量可占流域產(chǎn)沙總量的10%～94%[4]。為了深入研究切溝侵蝕規(guī)律，指導(dǎo)流域及區(qū)域水土流失綜合治理，亟需建立一套簡(jiǎn)便、快速且行之有效的切溝監(jiān)測(cè)方法。

切溝測(cè)量方法可大致分為傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法兩類(lèi)。傳統(tǒng)方法以斷面測(cè)量法為代表，即沿切溝縱剖面將其劃分成若干小段，利用卷尺分別測(cè)量各段的橫斷面面積及縱向長(zhǎng)度，進(jìn)而獲得切溝總體積。斷面測(cè)量法原理簡(jiǎn)單、成本低廉、操作便捷，是切溝監(jiān)測(cè)的常用方法[5-7]，但在切溝分段與測(cè)量時(shí)受卷尺精度與人為因素的影響；且只能反映切溝的整體變化狀況，無(wú)法獲知切溝的空間發(fā)展方向[5,8]?，F(xiàn)代方法以三維激光掃描法、GPS(Global Positioning System)測(cè)量法和攝影測(cè)量法為典型代表。三維激光掃描法是指通過(guò)激光脈沖采集目標(biāo)物體的點(diǎn)三維信息，經(jīng)后期處理轉(zhuǎn)換為三維模型的方法，因其具有高精度和高效率的優(yōu)勢(shì)，被廣泛認(rèn)為是目前最精確的切溝測(cè)量方法[9-11]。但該方法對(duì)設(shè)備要求高，資金投入大，且測(cè)量人員需具有一定的專(zhuān)業(yè)測(cè)量知識(shí)[9]，往往難以大面積推廣。GPS測(cè)量法近年來(lái)發(fā)展迅速，其中，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分(Real-time Kinematic，RTK)GPS作為GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)全新突破，兼具定位精度高(cm級(jí))與作業(yè)速度快的優(yōu)勢(shì)，被成功應(yīng)用于切溝監(jiān)測(cè)[12-14]。并且，鑒于其在精度方面固有的優(yōu)越性，RTK GPS的測(cè)量結(jié)果也可作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)校驗(yàn)其他監(jiān)測(cè)方法[14]。然而，該方法的應(yīng)用受衛(wèi)星狀況限制以及障礙物的影響，且具有成本高、對(duì)測(cè)量人員的儀器操作水平要求較高等不可避免的缺點(diǎn)[13,15]。

攝影測(cè)量法可高效快速地獲得地表形態(tài)變化，于20世紀(jì)60年代開(kāi)始應(yīng)用于土壤侵蝕監(jiān)測(cè)[16]。彼時(shí)的攝影測(cè)量方法具有較大的局限性，如需要成本高、笨重的量測(cè)相機(jī)拍攝照片，需要昂貴的軟件重建三維點(diǎn)云模型，后期處理數(shù)據(jù)所需時(shí)間長(zhǎng)，受人為影響較多等[10]。近年來(lái)，隨著計(jì)算器視覺(jué)技術(shù)的高速發(fā)展，基于運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)(Structure from Motion，SfM)的攝影測(cè)量方法應(yīng)運(yùn)而生。該方法從運(yùn)動(dòng)攝像機(jī)拍攝的多幅二維圖像中估計(jì)攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)并重建所攝地物的三維場(chǎng)景結(jié)構(gòu)[17-19]，然后借助地面控制點(diǎn)(Ground Control Point，GCP)的坐標(biāo)信息獲取被測(cè)地物的確切形態(tài)[20]。因具有快速、簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)勢(shì)，SfM攝影測(cè)量法自20世紀(jì)80年代發(fā)展以來(lái)便廣泛應(yīng)用于包括測(cè)繪、城市建設(shè)、考古研究與文物保護(hù)在內(nèi)的各學(xué)科領(lǐng)域，但其在地學(xué)的應(yīng)用起步較晚[19]。近10 a來(lái)才開(kāi)始逐漸應(yīng)用于地貌與侵蝕測(cè)量[9,21]。

目前，SfM攝影測(cè)量法在國(guó)內(nèi)切溝監(jiān)測(cè)中應(yīng)用較少，且多集中于較小尺度的室內(nèi)模擬侵蝕溝測(cè)量[22]，缺乏野外切溝測(cè)量實(shí)踐。鑒于三維激光掃描儀高昂的成本，本研究選取河北省灤平縣兩間房村的一條典型切溝，以RTK GPS的測(cè)量結(jié)果為基準(zhǔn)，分析斷面測(cè)量法與SfM攝影測(cè)量法對(duì)該切溝的測(cè)量精度，評(píng)價(jià)SfM攝影測(cè)量法在切溝測(cè)量中的適用性。并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)不同的GCP布設(shè)方案，探討其對(duì)切溝測(cè)量精度的影響，為SfM攝影測(cè)量法的實(shí)施提供參考依據(jù)。

1 研究方法

1.1 測(cè)量切溝概況

目標(biāo)切溝溝長(zhǎng)約15 m，寬2～4 m，深0.5～1.5 m，橫斷面多呈V形，位于河北省東北部承德市灤平縣兩間房村(圖1)，屬中溫帶向暖溫帶過(guò)渡的半干旱半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬長(zhǎng)夏短。多年平均降雨量545 mm，多年平均氣溫7.7 ℃。2018年4月，對(duì)該切溝開(kāi)展測(cè)量。同時(shí)，在溝緣與溝底采集土壤表層樣品，測(cè)得其平均容重為1.42 g/cm3，有機(jī)碳平均含量為1.04%，砂粒平均含量70.54%，粉粒23.39%，黏粒6.07%，質(zhì)地屬砂壤土[23]。

1.2 RTK GPS測(cè)量法

采用水平測(cè)量精度為2.5 mm±2 ppm，垂直測(cè)量精度為5 mm±2 ppm的中海達(dá)iRTK2經(jīng)典版RTK GPS，以大致40 cm的間距測(cè)量目標(biāo)切溝溝緣、溝坡與溝底各點(diǎn)的地理坐標(biāo)。同時(shí)，在地形變化劇烈處，適當(dāng)增加測(cè)量點(diǎn)。目標(biāo)切溝共測(cè)量點(diǎn)數(shù)248個(gè)，將其對(duì)應(yīng)坐標(biāo)導(dǎo)入ArcGIS 10.2中重建DEM，并提取與計(jì)算切溝長(zhǎng)度、平均寬度、平均深度、周長(zhǎng)、面積和體積等參數(shù)。

圖1 目標(biāo)切溝實(shí)地照片

1.3 斷面測(cè)量法

根據(jù)切溝橫斷面形狀(近似三角形或梯形)與面積將其劃分為7段，使用卷尺測(cè)量每個(gè)橫斷面的各邊邊長(zhǎng)，用以計(jì)算各橫斷面的面積；同時(shí)利用卷尺測(cè)量切溝各段的縱向長(zhǎng)度，計(jì)算各段體積，加和得到切溝總體積[5]：

(1)

式中：Si為第i個(gè)橫截面的面積(m2)；Hi為第i段切溝的縱向長(zhǎng)度(m)；n為切溝分段總數(shù)，此處取值為7；V為切溝總體積(m3)。

1.4 SfM攝影測(cè)量法

1.4.1 切溝照片獲取與處理 切溝照片利用Canon EOS 70 D相機(jī)獲取。拍攝過(guò)程中，相機(jī)焦距設(shè)置為18 mm，并保證相鄰兩張照片的重疊率為60%以上[24]。共拍攝切溝照片678張，導(dǎo)入至SfM專(zhuān)業(yè)軟件Agisoft Photoscan中。為防止如模糊等拍攝質(zhì)量差的照片參與后期三維重建而影響數(shù)據(jù)精度，通過(guò)該軟件評(píng)估照片中最聚焦部分的清晰度級(jí)別，將該級(jí)別低于0.5的照片刪除[25]。最終，共有635張有效照片參與目標(biāo)切溝的三維重建。

1.4.2 SfM數(shù)據(jù)處理 將有效照片導(dǎo)入至Agisoft Photoscan進(jìn)行目標(biāo)切溝的三維重建時(shí)，先通過(guò)尺度不變特征轉(zhuǎn)換算法(scale-invariant feature transform，SIFT)[17]完成特征點(diǎn)的提取與描述，再使用隨機(jī)采樣一致性算法(random sample and consensus，RANSAC)[26]過(guò)濾最近鄰匹配(nearest neighbor，NN)[17]產(chǎn)生的錯(cuò)誤匹配點(diǎn)，接著采用光束法平差(bundle adjustment，BA)[27]進(jìn)行非線性?xún)?yōu)化，從而建立目標(biāo)切溝的稀疏點(diǎn)云。在此基礎(chǔ)上，利用面片的多視圖立體視覺(jué)算法(patch-based multi-view stereo，PMVS)[27]重建稠密點(diǎn)云，進(jìn)而生成目標(biāo)切溝的DEM。最后將DEM導(dǎo)入ArcGIS 10.2中，提取與計(jì)算切溝相關(guān)參數(shù)。

1.4.3 GCP布設(shè)與坐標(biāo)計(jì)算 在切溝溝緣與溝底依據(jù)以下3條原則布設(shè)十字形GCP：(1) GCP平均間隔大致為3 m，均勻分布；(2) 溝緣轉(zhuǎn)折處優(yōu)先或適當(dāng)加密；(3) 選取局部地勢(shì)平坦、易固定、沒(méi)有植物遮擋的位置。目標(biāo)切溝共布設(shè)GCP 18個(gè)，其中溝緣14個(gè)、溝底4個(gè)。

利用中海達(dá)iRTK2經(jīng)典版RTK GPS測(cè)量各GCP的大地坐標(biāo)。為了減輕SfM攝影測(cè)量法的成本與野外負(fù)擔(dān)，本研究同時(shí)使用小巧輕便的Leica D510激光測(cè)距儀(Laser Range Finder，LRF)測(cè)量GCP兩兩之間的空間直線距離及兩點(diǎn)所在直線與水平面間的夾角，并由此計(jì)算GCP之間的高程差及其空間直線距離在水平面的投影距離，進(jìn)而推算各GCP的空間直角相對(duì)坐標(biāo)。方法如下：將各GCP依次連線構(gòu)成三角網(wǎng)，取水平面為水平方向，自定義坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)與x，y軸方向；取垂直于水平面方向?yàn)閦軸方向，高程增加方向?yàn)檎?，并自定義z軸0點(diǎn)，構(gòu)建空間直角坐標(biāo)系。在水平面上，根據(jù)三角網(wǎng)各邊的投影距離計(jì)算各GCP的平面坐標(biāo)(x，y)；在z軸方向，根據(jù)GCP之間的高程差計(jì)算各GCP的坐標(biāo)z值。

為了校驗(yàn)LRF對(duì)GCP的測(cè)量精度，將RTK GPS所測(cè)各GCP的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)后求取GCP兩兩之間的空間直線距離與高程差，與LRF的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

1.4.4 GCP布設(shè)方案比較 GCP的布設(shè)、測(cè)量與坐標(biāo)計(jì)算復(fù)雜繁冗。因此，在原有18個(gè)GCP的基礎(chǔ)上，對(duì)溝緣和溝底的GCP數(shù)量進(jìn)行不同程度的抽稀。具體原則為溝緣GCP不抽稀、均勻抽取1/2，均勻抽取1/3；溝底不抽稀、均勻抽取1/2，全部缺失，共9種組合(圖2)。將不同布設(shè)方案的控制點(diǎn)信息輸入SfM專(zhuān)業(yè)軟件Agisoft Photoscan 中，重建目標(biāo)切溝的三維形態(tài)，比較各方案的重建效果。

圖2 不同布設(shè)方案的GCP空間分布

2 結(jié)果與分析

2.1 LRF的GCP測(cè)量精度

圖3對(duì)比了LRF與RTK GPS所測(cè)GCP空間直線距離與高程差。結(jié)果表明，無(wú)論是空間直線距離還是高程差，LRF的測(cè)量結(jié)果與RTK GPS十分接近，對(duì)應(yīng)散點(diǎn)均靠近1∶1線分布。此外，兩種方法得到的空間直線距離相關(guān)系數(shù)為0.993，高程差相關(guān)系數(shù)為0.999，均在0.01的置信水平顯著?？梢?jiàn)，LRF可有效測(cè)量GCP的空間分布與相對(duì)位置，為獲取GCP坐標(biāo)與重建切溝三維形態(tài)提供了另外一種可能方法。相比RTK GPS，LRF便宜、輕便，測(cè)量過(guò)程高效易行，可極大地減少SfM方法測(cè)量切溝時(shí)的設(shè)備費(fèi)用，減輕野外作業(yè)負(fù)擔(dān)。

2.2 SfM攝影測(cè)量法的切溝測(cè)量精度

2.2.1 RTK GPS、斷面測(cè)量法、SfM攝影測(cè)量法所測(cè)切溝參數(shù)比較 表1為RTK GPS、斷面測(cè)量法與SfM攝影測(cè)量法測(cè)量得到的目標(biāo)切溝主要形態(tài)參數(shù)。其中，RTK GPS通過(guò)其所測(cè)各點(diǎn)的坐標(biāo)信息重建DEM(圖4A)后提取切溝長(zhǎng)度、平均寬度、平均深度、體積、面積與周長(zhǎng)；斷面測(cè)量法主要測(cè)量切溝各段的橫斷面面積與其代表長(zhǎng)度，用以估算切溝長(zhǎng)度、平均寬度、平均深度與體積，并未測(cè)量切溝面積與周長(zhǎng)；SfM攝影測(cè)量法分別利用RTK GPS所測(cè)的大地坐標(biāo)(SfMRTK GPS)與LRF所測(cè)的獨(dú)立空間直角坐標(biāo)(SfMLRF)重建DEM(圖4B，C)，提取得到對(duì)應(yīng)的兩組結(jié)果。

除平均寬度外，斷面測(cè)量法相比RTK GPS測(cè)得的各參數(shù)誤差均較大。長(zhǎng)度、體積分別高估了15.75%與37.28%，平均深度低估了17.12%。因?yàn)槠骄疃鹊挠绊懀瑢捝畋容^RTK GPS高估了29.91%。這主要是因?yàn)閿嗝鏈y(cè)量法法概化了切溝形態(tài)，忽視了溝內(nèi)細(xì)節(jié)，且切溝測(cè)量橫斷面的位置選取與卷尺讀數(shù)受人為因素影響較大。相比于尹佳宜等[5]在東北黑土區(qū)切溝體積測(cè)量中得到的～10%的誤差，本研究的斷面測(cè)量法誤差較大，這可能與選取切溝的規(guī)模有關(guān)。前者測(cè)量了3條切溝，體積均超過(guò)500 m3，在所用卷尺精度一致的情況下，總體積越大，誤差百分比相應(yīng)越小。

相比之下，SfM方法對(duì)切溝的測(cè)量精度高得多。由于SfMRTK GPS與SfMLRF均基于重建切溝DEM的坡度轉(zhuǎn)折提取其溝緣線，所得溝緣線輪廓一致(圖4B，C)，對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度、平均寬度、周長(zhǎng)與面積也相等。其中，長(zhǎng)度相比RTK GPS僅低估了0.56%，平均寬度與面積分別高估了8.26%與1.72%。就體積而言，SfMRTK GPS得到的結(jié)果為26.85 m3，相對(duì)RTK GPS的誤差為2.40%；SfMLRF的結(jié)果為26.28 m3，誤差僅為0.23%。無(wú)論基于何種GCP坐標(biāo)，SfM攝影測(cè)量法均表現(xiàn)出較高的切溝體積測(cè)量精度，極大地優(yōu)于斷面測(cè)量法(表1)。然而，SfM攝影測(cè)量法提取的切溝周長(zhǎng)卻遠(yuǎn)大于RTK GPS的結(jié)果，前者比后者長(zhǎng)8.10 m，增幅達(dá)23.63%。這是由于RTK GPS得到的是密度較低的點(diǎn)數(shù)據(jù)，僅可體現(xiàn)溝緣的大致走向(圖4A)；而SfM法基于重建的三維點(diǎn)云得到DEM，由此提取的坡度信息可使溝緣走向變得清晰，細(xì)節(jié)得以充分體現(xiàn)，經(jīng)矢量化的溝緣線更加細(xì)致，周長(zhǎng)更長(zhǎng)(圖4B，C)。

圖3 LRF與RTK GPS所測(cè)GCP兩兩之間空間直線距離與高程差對(duì)比

表1 RTK GPS、斷面測(cè)量法與SfM攝影測(cè)量法測(cè)定的

圖4 不同方法所測(cè)切溝DEM

2.2.2 SfM攝影測(cè)量法與RTK GPS所測(cè)切溝DEM對(duì)比 雖然SfMRTK GPS與RTK GPS均基于大地坐標(biāo)開(kāi)展DEM的重建與計(jì)算，但SfMLRF采用獨(dú)立空間直角坐標(biāo)系，無(wú)法與RTK GPS所測(cè)切溝DEM進(jìn)行直接比較。因此，將所測(cè)切溝DEM與對(duì)應(yīng)溝緣面DEM作相減運(yùn)算，獲得切溝相對(duì)DEM后進(jìn)行SfM方法與RTK GPS的比較。

圖5為SfMRTK GPS，SfMLRF所得切溝相對(duì)DEM與RTK GPS所測(cè)結(jié)果的差值。顯然，無(wú)論基于何種坐標(biāo)系，SfM方法得到的切溝相對(duì)DEM比之RTK GPS結(jié)果總體呈西北高、東南低的態(tài)勢(shì)。這可能是因?yàn)樵囼?yàn)當(dāng)天的切溝照片拍攝于上午，切溝西北岸光線充足，深處細(xì)節(jié)曝光充足，進(jìn)行三維重建的三角測(cè)量計(jì)算時(shí)，相機(jī)與所攝地物的距離較實(shí)際距離偏小，高程偏大，與GPS結(jié)果相減呈正值。而切溝東南岸光線較暗，物體遠(yuǎn)近對(duì)比較不明顯，相機(jī)與地物的距離較實(shí)際距離偏大，后期計(jì)算的高程偏低，與GPS結(jié)果相減呈負(fù)值?？梢?jiàn)，攝影測(cè)量法的使用一定程度上受限于天氣條件，需確保所測(cè)地物所有部分的光線條件基本一致[28]。

圖5 (A)SfMRTK GPS、(B)SfMLRF與RTK GPS所測(cè)切溝相對(duì)DEM差值

此外，基于兩種方法得到的目標(biāo)切溝相對(duì)DEM，對(duì)各柵格高程作配對(duì)t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，SfMRTK GPS，SfMLRF均與RTK GPS存在顯著差異(p<0.01)，但總體差異很小，前者與RTK GPS的平均高程差值僅為-0.02 m，后者與RTK GPS的平均高程差值略高，也僅為-0.04 m。進(jìn)一步對(duì)比DEM各柵格的高程差值也發(fā)現(xiàn)，SfMRTK GPS與RTK GPS所測(cè)切溝相對(duì)DEM高程差值均不超過(guò)1.00 m，且主要集中于-0.2～0.2 m范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)柵格數(shù)量占比73.72%；SfMLRF與RTK GPS的DEM相對(duì)差值不超過(guò)0.9 m，同樣集中于-0.2～0.2 m范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)占比74.58%(圖6)。這一結(jié)果說(shuō)明SfM攝影測(cè)量法與RTK GPS所測(cè)切溝DEM總體差別不大，是一種高精度的切溝測(cè)量方法。同時(shí)，LRF也可有效替代RTK GPS應(yīng)用于GCP的測(cè)量及后期切溝三維形態(tài)的重建。

2.3 不同GCP布設(shè)方案對(duì)SfM攝影測(cè)量法測(cè)量精度的影響

圖7為不同溝緣與溝底GCP抽稀方案所得切溝DEM與基于所有18個(gè)GCPs(未抽稀)所得DEM的差值。由于LRF所測(cè)GCP兩兩之間的空間距離與高程差與RTK GPS結(jié)果無(wú)顯著差異，且由此獲得的切溝DEM與RTK GPS結(jié)果差別也不大，此處各方案所取GCP坐標(biāo)為L(zhǎng)RF測(cè)得的獨(dú)立空間直角坐標(biāo)?？傮w而言，不同程度的溝緣與溝底GCP抽稀對(duì)生成的切溝DEM影響不大。盡管GCP溝底不抽稀、溝緣均勻抽取1/2大范圍地低估了切溝高程(圖7D)，GCP溝底全部缺失、溝緣均勻抽取1/3大面積高估了切溝高程(圖7I)，但其低估與高估程度均不超過(guò)0.15 m。

圖6 SfMRTK GPS與SfMLRF相對(duì)RTK GPS所測(cè)切溝相對(duì)DEM差值累積頻率百分比

基于各抽稀方案與未抽稀方案得到的切溝DEM，對(duì)各柵格高程作配對(duì)t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，不同方式的GCP抽稀均顯著改變了各柵格高程(p<0.01)，但總體幅度不大。各抽稀方案與未抽稀情況的DEM柵格平均高程差值介于-0.03～0.01 m范圍內(nèi)。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)DEM各柵格的高程差發(fā)現(xiàn)，各抽稀方案所得切溝DEM相比未抽稀結(jié)果的高程差值主要集中于-0.05～0.05 m范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)柵格數(shù)量占比均超過(guò)70%(圖8)。此外，各GCP抽稀方案得到的目標(biāo)切溝體積介于26.43～27.10 m3，相比未抽稀方案的誤差介于0.56%～3.13%(表2)。這一結(jié)果說(shuō)明SfM攝影測(cè)量法基于不同GCP布設(shè)方案得到的切溝DEM總體誤差較小，均不超過(guò)5%。因此，即使GCP數(shù)量低至4個(gè)，也可滿(mǎn)足大多數(shù)情況下的切溝體積測(cè)量精度。

圖7 SfMLRF基于不同GCP布設(shè)方案所得切溝DEM差值

圖8 SfMLRF基于不同GCP布設(shè)方案所得切溝DEM差值的累積頻率百分比

一般來(lái)說(shuō)，GCP數(shù)量越多，所攝地物的三維形態(tài)越精確[20,29]。并且，GCP是否均勻分布、是否在地勢(shì)劇烈處進(jìn)行加密，也會(huì)影響SfM方法的測(cè)量精度[30]。但本研究中切溝DEM或體積精度并未隨GCP數(shù)量，特別是溝底GCP數(shù)量明顯變化。這可能與目標(biāo)切溝溝底較淺、規(guī)模較小有關(guān)。一方面，目標(biāo)切溝溝寬約3 m，長(zhǎng)約15 m，少量的GCP便可滿(mǎn)足精度需求；另一方面，溝緣最高處與溝底最低處高程差不足7 m(圖4)，在溝緣拍攝照片時(shí)也可將溝底拍攝在內(nèi)，溝底的尺度信息可在后期的三維重建過(guò)程中通過(guò)提取照片中的其他地物特征信息獲得，溝底有無(wú)GCP，GCP數(shù)量多少對(duì)切溝DEM重建影響較小。但當(dāng)研究對(duì)象為如黃土高原地區(qū)廣泛分布的體積、高差較大的切溝時(shí)，還需進(jìn)一步探究GCP布設(shè)方法對(duì)切溝測(cè)量的影響。

表2 SfMLRF基于不同GCP布設(shè)方案所測(cè)切溝體積對(duì)比

3 結(jié) 論

(1) LRF為獲取GCP坐標(biāo)提供了一種潛在可行的手段。LRF測(cè)量并計(jì)算的GCP空間直線距離和高程差與RTK GPS的測(cè)量結(jié)果相近，且該方法在成本、攜帶與操作方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

(2) SfM攝影測(cè)量法可作為一種高精度的方法運(yùn)用于切溝測(cè)量。以RTK GPS的測(cè)量結(jié)果為基準(zhǔn)，斷面測(cè)量法測(cè)量切溝體積的誤差高達(dá)37.28%；SfM方法誤差較小，僅為2.40%，且與RTK GPS所得DEM的差值主要集中在-0.2～0.2 m。

(3) SfM方法基于不同GCP布設(shè)方案得到的切溝測(cè)量結(jié)果差異不大。各GCP抽稀方案(4～16個(gè))與未抽稀(18個(gè))所得切溝DEM差值主要集中于-0.05～0.05 m，體積誤差均低于5%。但GCP布設(shè)方法對(duì)體積、高差較大的切溝測(cè)量精度的影響有待進(jìn)一步研究。