印度半干旱地区与安得拉邦沿海地区的土地利用比较及环境响应

《Experimental Cell Research》：Comparative Land Use and Environmental Responses in Semi-Arid and Coastal Andhra Pradesh, India

高精度无人机PPK技术应用于巴西伊塔提姆地貌学遗址孤立岩石山（inselbergs）测绘，通过厘米级分辨率DEM揭示传统SRTM和ALOS PALSAR数据在陡坡地形和基线海拔差异上的不足，验证UAV-PPK技术能有效捕捉inselbergs形态学特征及地质结构控制下的地貌分异。

　　本研究探讨了如何利用无人机PPK（后处理动态定位）技术对孤立岩体（inselbergs）进行高精度测绘。孤立岩体是一种独特的地貌类型，表现为从周围平原突然升起的孤立岩山或岩石丘陵，通常与广泛分布的平面化地形相关。这些地貌在全球范围内具有重要研究价值，尤其是在地貌学和地质学领域。然而，传统数字高程模型（DEM）在捕捉这些地貌的细节方面存在局限，尤其是对于高度达到100至300米的孤立岩体而言。本研究选择巴西巴伊亚州的Itatim地貌研究区（IGS）作为实验地点，该区域是世界上孤立岩体最为密集的地区之一，同时也是验证Lester King提出的“Pediplanation理论”的重要地点。

在技术层面，无人机PPK方法为高精度地形数据采集提供了可靠且经济的解决方案。与传统的地面控制点（GCPs）方法相比，PPK技术无需持续的基站通信或地面控制点，能够实现厘米级的定位精度。这种方法特别适用于地形复杂、植被稀疏的孤立岩体区域，能够清晰地展示其表面特征，如陡峭的岩壁、微地貌变化以及岩石裂隙等。本研究使用DJI Phantom 4 Pro v2无人机，搭载高分辨率相机和EMLID Reach M2 GNSS接收器，通过自动飞行路径获取高精度的航拍图像。所有数据在实验室中进行后处理，利用Agisoft Metashape软件进行图像对齐、点云生成以及正射影像和数字表面模型（DSM）的制作。这一流程不仅提高了数据采集的效率，还确保了最终结果的高精度和可靠性。

在研究方法上，本研究对三种典型孤立岩体进行了高分辨率DEM制作，并与现有的全球中等分辨率DEM数据集（如ALOS PALSAR和SRTM）进行了对比分析。结果显示，传统DEM数据集在高精度测绘方面存在明显不足，特别是在捕捉孤立岩体的精确高度和坡度变化方面。例如，ALOS PALSAR数据集将Sugarloaf Hill（P?o-de-A?úcar）的高度估计为298米，而实际测量结果为404米，误差高达106米，远超许多其他孤立岩体的高度范围。这种不准确性不仅影响了地貌分类，还对区域地质研究和地貌演变分析带来了挑战。相比之下，无人机PPK技术能够提供厘米级的分辨率，有效揭示了孤立岩体的细微地形特征，为更精确的形态分析奠定了基础。

研究还发现，不同孤立岩体的基底高度存在显著差异。例如，Tocas孤立岩体的北坡基底高度为286米，西坡为300米，南坡为310米。这种高度差异反映了地质结构和岩石风化过程对地形演变的影响。同样，Napole?o和S?o Geraldo的基底高度也显示出类似的变化趋势，说明这些地貌的形成与局部地质条件密切相关。无人机PPK数据不仅能够准确识别这些基底高度，还能够揭示地形断点（altimetric break points）的分布特征，这些断点往往与岩石结构、裂隙网络或矿物带有关，对理解地貌的长期演变过程具有重要意义。

此外，本研究还探讨了孤立岩体在不同地质和地貌背景下的形态特征。这些地貌通常由抗风化能力较强的花岗岩类岩石构成，其形成与区域构造活动和岩浆侵入密切相关。研究发现，Tocas和S?o Geraldo的形态较为陡峭，呈现出城堡式结构，其高度差异较大，而Napole?o则呈现出较为圆润的“鲸背”形态，高度变化相对平缓。这种形态差异不仅影响了它们的海拔高度和坡度分布，还决定了其在不同DEM数据集中的表现。例如，高分辨率DEM能够更准确地反映这些地貌的细节，而中等分辨率DEM则容易出现高度低估或坡度模糊的问题，这可能与数据采集和处理的技术限制有关。

在实际应用方面，本研究展示了无人机PPK技术在地貌学研究中的潜力。高分辨率正射影像和数字高程模型不仅能够用于地形测绘，还可以支持更深入的地质分析，如岩石裂隙密度、风化坑分布以及可能的岩体滑坡风险评估。在城市区域，这种技术可以用于识别孤立岩体周围的潜在滑坡区域，为城市规划和地质灾害防控提供科学依据。同时，无人机PPK技术还能够提供丰富的地表信息，包括岩石表面的纹理、植被覆盖情况以及微地貌特征，这些信息对于生态研究和环境监测同样具有重要价值。

研究结果表明，无人机PPK技术在地形测绘和地貌分析方面具有显著优势。它不仅克服了传统DEM数据集在高精度地形建模方面的不足，还提高了数据采集的效率和经济性。在巴伊亚州Itatim地貌研究区，该技术成功地揭示了孤立岩体的高精度形态特征，为后续的地质研究和地貌分类提供了新的视角。此外，研究还强调了在进行地形测绘时，需要结合地质背景和地貌特征，以确保数据的准确性和可靠性。例如，地形断点的解释应基于岩石结构和风化作用，而非单纯依赖地形数据本身。

本研究的创新之处在于，它首次将无人机PPK技术应用于孤立岩体的高精度测绘，并验证了该技术在复杂地形中的有效性。通过与现有全球DEM数据集的对比，研究突出了无人机PPK技术在提升地形分辨率和精度方面的潜力。同时，研究还强调了地形数据采集过程中的一些实际挑战，如无人机飞行高度限制、电池容量以及天气条件的影响。这些因素在一定程度上制约了无人机技术在大规模区域中的应用，但通过合理规划和优化操作流程，仍然可以在相对较小的区域内实现高效的地形数据采集。

总体而言，本研究为孤立岩体的高精度测绘提供了一种新的技术路径，并展示了无人机PPK方法在地貌学研究中的广阔前景。随着无人机技术和GNSS定位精度的不断提升，这种技术有望在更多地质和地貌研究中得到应用，特别是在那些传统方法难以覆盖的区域。此外，研究还指出，尽管LiDAR技术能够提供更高的空间分辨率，但其高昂的成本限制了其在大范围应用中的可行性。相比之下，无人机PPK技术在精度和成本之间取得了良好的平衡，为地貌学研究提供了更具性价比的解决方案。未来，随着技术的进一步发展，无人机PPK方法可能成为研究孤立岩体及其他复杂地貌的主流工具。