研究目的
开发并验证一种基于成像的方法，利用消费级无人机和粒子图像测速（PIV）技术估算近岸冲浪区的水深。
研究成果
该研究成功展示了一种基于成像的低成本方法，利用消费级无人机和PIV技术绘制近岸水深地形及表面流速场，其均方根误差为0.132米。建议采用1.02的修正系数以考虑波浪非线性影响。该方法为海岸勘测（尤其是极端事件后）提供了灵活性和经济性，但建议通过高端设备进行进一步验证与改进。
研究不足
该方法仅适用于破浪能为粒子图像测速（PIV）分析提供清晰纹理的近岸碎波带；在深水区或无破浪区域可能效果不佳。精度受相机质量、无人机稳定性及风、眩光等环境条件影响。需充足日光且眩光最小化才能获得最佳成像效果。
1：实验设计与方法选择：
该方法采用消费级无人机拍摄近岸带视频影像，运用粒子图像测速技术（PIV）分析波速，并通过线性波色散关系的浅水近似反演水深。
2：样本选取与数据来源：
在德克萨斯州弗里波特不同海滩点位分三次开展实地实验，均由无人机采集视频影像。
3：实验设备与材料清单：
配备集成相机和GPS的大疆Phantom 3专业无人机、用于验证的全站仪、手动测量水深的码尺，以及PIV分析软件（LaVision公司软件和自主开发的MPIV软件）。
4：实验流程与操作规范：
无人机飞行高度47-56米，每次实验至少录制5分钟视频。对影像进行畸变校正后通过PIV处理获取流速场，从中提取波速。利用色散关系计算水深，并通过全站仪与人工测量结果进行验证。
5：数据分析方法：
采用互相关和最小二乘差分方案的PIV分析，应用波非线性修正因子，并计算均方根误差（RMSE）评估精度。
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DJI Phantom 3 Professional
Phantom 3 Professional
DJI
Used as an unmanned aircraft system (UAS) to capture video imagery of the surf zone for bathymetry estimation.
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Total Station
Used for surveying water depths at specific points to validate the bathymetry measurements from the drone.
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Camera Calibration Toolbox for Matlab
MathWorks
Used for calibrating the camera on the drone to correct lens distortion in the images.
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LaVision Inc. Software
LaVision Inc.
Commercial software used for particle image velocimetry (PIV) analysis to determine wave celerity from the imagery.
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MPIV Software
MPIV
In-house developed software for PIV analysis, utilizing cross-correlation and minimum quadratic differences schemes.
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