基于多角度景深传感的沟蚀发育过程动态测量研究

Quantitative monitoring and measurement of gully erosion process is very important for the mechanistic studies of soil erosion development. Most research for quantitative measurement of gully erosion are based on comparative analysis of the data before and after rainfall, which simplify the process of gully change and amount change of soil erosion, take the change speed as constant. However, the gully erosion process is nolinear change in spatial scale and time scale. It is very important to monitor and measure gully erosion process in real time for hydraulic factors research. Therefore, this project is to introduce the theory and technology of depth sensor, focusing on 3D depth image calibration and geometric correction based on multi-angle depth sensor, analysis of real-time calculation of key parameters, and evaluation the calculation accuracy based on a large number of experiments. The research objective is to real-time monitor erosion processes and real-time calculate erosion parameters. This project not only provide a theoretical basis for the study of soil erosion mechanism, but also provide a new dynamic monitoring method.

沟蚀发育过程的定量化测量，是沟蚀发生发展机理性研究的基础。目前关于沟蚀发育过程的定量化测量方法，大多是进行降雨前和降雨后的数据测量，简化了降雨过程中沟道逐渐演变以及土壤侵蚀量逐步变化的过程，将这些过程当做均速变化处理。但事实上，沟蚀发育过程在空间和时间上都是非线性变化的，通过"实时"测量发育过程参数的动态变化规律，能够更有力地揭示沟蚀发生发展的水力学机制。因此，本项目引入一种实时摄影测量的新技术--景深传感摄像，重点研究基于多角度景深传感的三维数据标定与几何校正，探讨沟道侵蚀关键参数的实时计算方法，并通过静态坡面试验和降雨侵蚀试验对计算精确度进行分析和评价，以实现沟蚀发育过程"实时"监测与准确计算的研究目标，为沟蚀发生发展的机理性研究提供准确的基础数据。

沟蚀发育过程的定量化测量，是沟蚀发生发展机理性研究的基础。由于沟蚀发育过程在空间和时间上都是非线性变化的，通过动态记录并测量发育过程参数的动态变化规律，能够更有力地揭示沟蚀发生发展的水力学机制。.本项目采购了3台Kinect景深传感器设备及其配套设施，分别从KinectFusion法和摄像机内参法的角度研究了多景深传感器的三维数据融合方法，并开展了静态坡面测量试验和人工降雨下的沟蚀发育过程动态测量试验，分析了基于侵蚀形态变化、侵蚀体积变化和侵蚀量变化的测量结果，并从不同标定牌数量、不同降雨强度分析了计算精确度。.研究成果表明，本项目的研究方法不仅可以动态测量沟蚀发育过程的关键参数，并且可以是计算精度保持在10%以内，该方法可作为沟蚀观测一种有效手段，可为沟蚀发生发展的机理性研究提供准确的基础数据。