Page 92 - 2025年第56卷第10期

途的流凌分布密度的校正方法；Shimoda 等 ［16］ 通过摄像机在多次南极科考期间监测海冰密集度以及厚
度数据；Hall 等 ［17］ 通过阈值技术在摄像机图像中提取数据，构建了对各种船舶都基本适用的海冰监测
系统，并用 SSM/I 的数据进行了验证；戎军飞等 ［18］ 设计了河道流凌图像远程遥测系统，可通过 3G 网络
操控布置在河岸的摄像设备，从而实现对野外河道流凌分布密度的实时监控；汪恩良等 ［19］ 通过定点拍
摄漠河段流凌过程，通过影像信息记录并分析了开江过程中流凌分布密度的变化过程。基于摄像机可
获得连续流凌图像数据的特点，使其被广泛应用于流凌观测，但由于其布置位置的局限性会导致所获
图像资料不可避免的产生图像畸变，使流凌观测结果产生较大误差。
目前随着无人机（Unmanned Aerial Vehicles，UAV）以及传感技术的不断发展，小型无人机在低
空遥感测量领域得到广泛应用。无人机遥感系统具有效率高、成本低、操作灵活等优点，能够多次
升空进行悬停拍摄，获得没有图像畸变的流凌图像 ［20］ ，但是由于长时间连续观测难以实现，以致图
像数据不够连续。因此通过摄像机进行实时监测，并结合无人机遥感系统和人工智能算法对摄像机
数据进行校正，可获得开江期流凌分布密度的变化过程，这是实现准确计算流凌分布密度的一条可
行途径。
本文通过无人机垂直拍摄与岸基摄像机倾斜拍摄对流凌进行观测，并利用无人机所获图像对岸基
摄像机图像进行校正优化，解决了岸基摄像机图像的畸变问题以及无人机难以连续观测问题。之后基
于顶帽算法和 OTSU 算法，对校正后的图像进行亮度均衡化处理，并提取图像的最佳阈值后，对图像
进行二值化 （部分图像需要进行维纳滤波降噪处理以减轻太阳直射河面对图像的影响），最后计算出流
凌分布密度，绘制流凌分布密度图，从而实现流凌分布密度的连续观测，为水利和灾害防控部门制定
防凌方案提供理论依据和决策支持。

2 数据来源

2.1 研究区概况 黑龙江上游流经漠河县的北部，位
于 东 经 121°07′—124°20′ ， 北 纬 52°10′—53°33′ ， 处
于温带大陆性季风气候区 ［21］ ，如图 1 所示 ［22］ 。黑龙江
漠河段河道两岸地势复杂，使本段江水具有较大的流
速，并且流态紊乱，加之春季气候因素，在解冻期容
易产生由冰坝卡塞而引发的“倒开江”现象，从而引
发凌汛灾害。黑龙江漠河段封冻期从 11 月持续到次年
4 月，是典型的季节性封冻河流。本研究进行观测作
业的时间段为 2023 年 4 月 30 日 12：10—18：00 和 5 月
1 日 05：30—14：00，统计时间共计 14 h 20 min，期 图 1 流凌观测地理位置
间用岸基摄像机每隔 30 s 对河道进行倾斜拍摄，并用
无人机对河道进行垂直拍摄，根据图像资料分析河道的流凌分布密度。
本文所选取的时间段能演示整个开江过程中一段流凌由密集到稀疏的完整过程，涵盖此时段前、
中、后期流凌分布密度的变化情况，包含数据总体特征，且天气晴朗，所获取的图像资料清晰度高，
可以反映解冻期流凌变化的总体规律。

2.2 试验设备 本次观测使用索尼 FDR-AX100E 4K 数码摄像机以及大疆 DJI 四旋翼小型无人机御
mavic 2 pro 进行定点拍摄。索尼 FDR-AX100E 4K 数码摄像机尺寸为 81 mm×83.5 mm×196.5 mm，具有
25p 影像录制，约 2000 万像素静态图像拍摄，1 英寸 Exmor R COMRS 影像传感器，100 fps 高速拍摄，
12 倍光学变焦，其内置的 29 mm 广角 Zeiss Vario-Sonnar T 光学防震镜头让本相机能获得更清晰的拍摄
录像。无人机尺寸为 214 mm×91 mm×84 mm，可录制 4k HDR 视频，搭载哈苏 L1D20c（CM-OS），具有
2000 万有效像素。

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