Page 74 - 2022年第53卷第1期

数据结合船上观测研究南极海冰变化等；卢鹏 ［12］ 利用传统图像形态学算法，构造出一种新的海冰边
缘检测算法，提高拍摄图像中单个海冰识别效率；邓霄等 ［13］ 基于摄像机和透视变换图像校正算法设
计了冰凌密度监测系统，改善了传回图像存在“近大远小”的问题；摄像机冰凌监测技术能够在一定
程度上满足冰凌分布密度监测的要求，且图像校正算法能够改善图像存在的畸变，但由于图像校正
算法自身的限制，对摄像机布置有一定的要求，且无法彻底消除图像畸变 ［14］ 。
随着无人机（unmanned aerial vehicles，UAV）和传感器技术的不断提高，小型无人机在低空遥感
测量领域得到了广泛的应用 ［15］ 。对比人工望远镜目估法和卫星遥感监测法，可搭载多传感器的无人
机平台具有效率高、成本低、操作灵活、更适合复杂河道环境等特点，不仅克服了人工获取影像数
据的困难，还可以从根源上避免了岸边侧视拍摄导致的图像畸变，提高原始数据精度 ［16-18］ ，为监测大
范围冰凌变化信息提供了新的技术手段。
本文通过无人机低空遥感技术对目标河段进行俯视拍摄，将视频逐帧提取图片，利用 matlab 仿
真软件编程，通过顶帽变换算法对图片进行亮度均衡化处理，基于 OTSU 算法（最大类间方差法）提取
最佳阈值，对图像进行阈值分割，最终通过面积滤波降噪，计算河冰分布密度，绘制河冰分布密度
图，实现对河冰分布密度连续监测。

2 研究区及数据预处理

2.1 研究区域概况 黑龙江位于我国最北端，是中俄界河，流域处于寒温带地区，东亚大陆季风气
候特点突出 ［19］ ，且黑龙江上游流经山区，河道狭窄曲折，雨量径流比较充沛，每年流凌期，冰凌洪
［20］
水以叠加组合的形式促成倒开江向下游发展，导致漠河段易发生凌汛灾害（图 1） ，黑龙江漠河段封
冻期从 11 月份持续到次年 4 月，是典型的季节性封冻河流。

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图 1 冰凌观测地理位置示意
2.2 遥感影像获取及预处理 本文试验数据于 2021 年 4 月 25 日通过无人机平台获取，采用大疆 DJI
四旋翼小型无人机御 mavic 2 pro 进行定点拍摄，无人机体积为 214 mm×91 mm×84 mm，可折叠机
身，方便随身携带，搭载哈苏 L1D-20c（CMOS），有效像素为 2000 万，可录制 4k HDR 视频，每次航
拍的天气条件均为晴朗，风速低于 5 级，飞行高度设置为 400 m，起飞点与水面高程差为 5 m，镜头
垂直向下，悬停拍摄。
现场通过录制冰凌运动视频，内业处理时每隔 29.97 帧截取图片影像，并通过图像处理工具对影
像数据进行裁剪，去除边缘异常值。
为实现对河道冰凌分布图像数据的量化分析，首先，采用无人机拍摄不同高度下 A1 纸，得到无
人机遥感影像拍摄高度与单位像素点所代表的实际面积的拟合公式，如图 2 所示。

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