【技術(shù)】航測(cè)知識(shí)點(diǎn)詳解，你都搞明白了嗎？

無人機(jī)10086

2021年7月28日 10:31

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面對(duì)航測(cè)客戶，我們總會(huì)遇到各種不同的需求。比如：客戶 A 要 GSD為 5cm/pixel 的數(shù)據(jù)；客戶 B 要 1:500 的數(shù)據(jù)；客戶 C 要精度不能超過 5cm 的數(shù)據(jù)；客戶 D 要能看出電線的模型。那我們?cè)趺慈ソ鉀Q客戶的需求？其實(shí)客戶提出的各種要求都是對(duì)數(shù)據(jù)精度的要求，我們需要轉(zhuǎn)換成飛行高度才能讓無人機(jī)去執(zhí)行任務(wù)。

【技術(shù)】航測(cè)知識(shí)點(diǎn)詳解，你都搞明白了嗎？的圖1 經(jīng)緯 M300 RTK

GSD 與飛行高度的關(guān)系

客戶 A 需要 GSD 為 5cm/pixel 的數(shù)據(jù)，那 GSD 是什么呢？GSD 為地面影像分辨率，是指圖像中相鄰兩個(gè)像素中心的距離代表實(shí)際距離是多少，飛行高度決定了地面影像分辨率（GSD）。飛行高度與地面影像分辨率成反比，飛行越高地面影像分辨率越低。那他們具體的關(guān)系是什么呢？

【技術(shù)】航測(cè)知識(shí)點(diǎn)詳解，你都搞明白了嗎？的圖2

H 為飛行高度，f 為鏡頭焦距，a 為像元大小

以大疆精靈 Phantom 4 RTK 為例，像元大小為 2.41 微米，相機(jī)焦距為 8.8mm，代入公式得H≈36.5*GSD。那客戶 A 需要的 GSD為5cm/pixel 的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算得到的飛行高度約為182 米。考慮到飛行時(shí)的環(huán)境影響，我們一般會(huì)低于計(jì)算得到的飛行高度去作業(yè)，我們可以選取 150 米的飛行高度來確保得到的數(shù)據(jù)滿足客戶要求。

【技術(shù)】航測(cè)知識(shí)點(diǎn)詳解，你都搞明白了嗎？的圖3 GSD 與飛行高度

比例尺與飛行高度的關(guān)系

客戶需要 1:500 比例尺數(shù)據(jù)，那我們?nèi)绾卧O(shè)置飛行高度來滿足這一要求？GSD 反映了像素與實(shí)際距離的關(guān)系，比例尺表示圖上距離與實(shí)際距離的關(guān)系。那我需要知道像素與圖上距離的關(guān)系，才能解決 GSD 與比例尺之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。這里我們要引入一個(gè) DPI 概念，DPI 可理解為每英寸的像素?cái)?shù)。比如打印地圖時(shí)，打印機(jī)分辨率為 300DPI，那么打印的地圖中

1 英寸= 300 個(gè)像素

1 英寸= 2.54 厘米

1 像素= 2.54/300 ≈ 0.008467 厘米

如果打印的地圖比例尺為 1：500

則地圖上一個(gè)像素代表

0.008467*500≈ 4.23厘米

以此類推

比例尺為 1：1000 1像素=0.008467*1000≈8.47 厘米

比例尺為 1：2000 1像素=0.008467*2000≈16.93 厘米

所以當(dāng) DPI 為 300 時(shí)，可得以下表格

【技術(shù)】航測(cè)知識(shí)點(diǎn)詳解，你都搞明白了嗎？的圖4

在實(shí)際作業(yè)中，需要考慮到成圖誤差，我們選取理論值兩倍 GSD 保障作業(yè)精度。例如在 1：500 的作業(yè)中，建議選取的 GSD 為 2.12 厘米/像素進(jìn)行作業(yè)。我們知道了 GSD 為多少那就可以換算出飛行高度。到底飛行高度是多少呢？請(qǐng)?jiān)诹粞詤^(qū)寫下你換算的結(jié)果。

精度與飛行高度的關(guān)系

客戶 C 要的精度不能超過 5cm 指的是什么呢？精度分為相對(duì)精度和絕對(duì)精度兩種，相對(duì)精度指的是在合成的模型上測(cè)量的精度，比如要測(cè)量模型中道路的長(zhǎng)度，測(cè)量得到的數(shù)據(jù)與實(shí)際的差異是多少。絕對(duì)精度指的是合成模型上地物的位置與實(shí)際位置的差異，比如模型中路燈的位置與實(shí)際位置的差異是多少。我們要問清楚客戶要的是哪種精度。

【技術(shù)】航測(cè)知識(shí)點(diǎn)詳解，你都搞明白了嗎？的圖5

以大疆精靈 Phantom 4 RTK 為例，在厘米級(jí)的定位條件下其相對(duì)精度和絕對(duì)精度能達(dá)到1~2*GSD。什么意思？比如客戶需要相對(duì)精度為 5CM 的數(shù)據(jù)，我們飛行時(shí)采用的 GSD 可為2.5~5cm/pixel。為了保證效果，實(shí)際飛行時(shí)我們可以采用 GSD為 2 cm/pixel，飛行高度約為 73 米進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

圖像精細(xì)度與飛行高度的關(guān)系

客戶 D 說我要能看出電線的模型，那如何能把電線重建出來呢？要重建一個(gè)物體，這個(gè)物體在圖像中要至少占用兩個(gè)像素。以電線為例，高壓線頂上的地線直徑約為 1.6cm，那我們拍攝時(shí)選取的 GSD 最大為 0.8cm/pixel。以大疆精靈 Phantom 4 RTK 為例，在飛行時(shí)距離電線不要超過 29 米。

【技術(shù)】航測(cè)知識(shí)點(diǎn)詳解，你都搞明白了嗎？的圖6 電線點(diǎn)云模型

總結(jié)一下，客戶對(duì)拍攝數(shù)據(jù)的要求主要分為兩個(gè)方面，一是關(guān)于測(cè)量的精度，二是模型的精細(xì)度。無論哪種要求，我們都要轉(zhuǎn)化成需要多少地面影像分辨率的數(shù)據(jù)。關(guān)于測(cè)量的精度，以大疆精靈Phantom 4 RTK 為例，在厘米級(jí)的定位條件下其相對(duì)精度和絕對(duì)精度能達(dá)到1~2*GSD。關(guān)于模型的精細(xì)度，GSD 數(shù)值越小模型越精細(xì)。要重建一個(gè)物體，這個(gè)物體在圖像中要至少占用兩個(gè)像素。我們都可以通過以上的數(shù)據(jù)把客戶的需要轉(zhuǎn)換為需要采集地面影像分辨率(GSD)是多少，進(jìn)而換算為飛行高度。

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