流域水沙运动的研究是现阶段河流动力学的一个重要分支和研究热点,无论是物理模型实验还是数值模拟,首先需要解决的关键性基础问题是获得并提取所研究子流域的高精度三维地形,并在此基础上重构水沙运动的基本单元(坡面、沟坡及沟道)。由于子流域地形起伏变化大、沟壑纵横,给提取高精度三维地形工作带来诸多难题。随着大数据时代到来和数字一体化进程加快,这种矛盾就更加突出,获取实时的、高精度的流域下垫面影像,并以此为基础重构相应区域的三维地形已成为流域相关研究不可或缺的重要组成部分。传统的航空、航天遥感技术虽然在一定程度能够为相关流域研究提供数据基础,但上述技术很难在实时性、精确性、经济性等方面同时获得最优的解决方案。近年来,无人机遥感技术以其快速便捷、操作简单、机动性强、成本低等显著优点,在突发灾害应急数据获取及小范围快速成图方面显示出了独特的优势,应用的领域也越来越广泛。本文首先讨论了流域地形提取的相关方法,总结了各方法之间的优劣性,概括了无人机遥感技术的应用现状、无人机的系统组成部分。分析了相机产生畸变的原因以及对重构三维模型精度的影响,建立二维控制场对无人机搭载的数码相机进行标定,通过试验分析了畸变影像和畸变改正后影像的误差。本研究以摄影测量理论为基础,利用SfM方法对无人机所获取的区域影像进行三维重构,并对不同飞行高度下所重构的地形三维点云精度进行了分析和评估,为实际三维地形重构过程中的精度控制提供依据。针对流域中陡坡坡面上的微地形及河道(或沟道)两类不同地貌特征的区域,分别进行了基于无人机的影像拍摄及三维地形重构。在陡坡微地形的研究中,对不同飞行高度情况下拍摄的影像进行了陡坡微地形提取,并采用D8法提取了坡面由于降雨形成的细沟流路。而在河道地形提取中,对单航线和双航线精度进行评估,并将河道地形和陡坡地形进行横向对比,分析了SfM方法在提取不同地形时的适用性。同时将无人机提取的河道地形与传统的大断面法进行对比,体现了无人机在流域地形提取过程中实时、快速、高精度的优势。