【技术】航测知识点详解，你都搞明白了吗？

2021-07-26

面对航测客户，我们总会遇到各种不同的需求。比如：客户 A 要 GSD为 5cm/pixel 的数据；客户 B 要 1:500 的数据；客户 C 要精度不能超过 5cm 的数据；客户 D 要能看出电线的模型。那我们怎么去解决客户的需求？其实客户提出的各种要求都是对数据精度的要求，我们需要转换成飞行高度才能让无人机去执行任务。



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经纬 M300 RTK



GSD 与飞行高度的关系



客户 A 需要 GSD 为 5cm/pixel 的数据，那 GSD 是什么呢？GSD 为地面影像分辨率，是指图像中相邻两个像素中心的距离代表实际距离是多少，飞行高度决定了地面影像分辨率（GSD）。飞行高度与地面影像分辨率成反比，飞行越高地面影像分辨率越低。那他们具体的关系是什么呢？
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H 为飞行高度，f 为镜头焦距，a 为像元大小

以大疆精灵 Phantom 4 RTK 为例，像元大小为 2.41 微米，相机焦距为 8.8mm，代入公式得H≈36.5*GSD。那客户 A 需要的 GSD为5cm/pixel 的数据，通过计算得到的飞行高度约为182 米。考虑到飞行时的环境影响，我们一般会低于计算得到的飞行高度去作业，我们可以选取 150 米的飞行高度来确保得到的数据满足客户要求。

图片GSD 与飞行高度



比例尺与飞行高度的关系



客户需要 1:500 比例尺数据，那我们如何设置飞行高度来满足这一要求？GSD 反映了像素与实际距离的关系，比例尺表示图上距离与实际距离的关系。那我需要知道像素与图上距离的关系，才能解决 GSD 与比例尺之间的转换关系。这里我们要引入一个 DPI 概念，DPI 可理解为每英寸的像素数。比如打印地图时，打印机分辨率为 300DPI，那么打印的地图中

1 英寸= 300 个像素
1 英寸= 2.54 厘米
1 像素= 2.54/300 ≈ 0.008467 厘米

如果打印的地图比例尺为 1：500
则地图上一个像素代表
0.008467*500≈ 4.23厘米

以此类推
比例尺为 1：1000   1像素=0.008467*1000≈8.47 厘米
比例尺为 1：2000   1像素=0.008467*2000≈16.93 厘米
所以当 DPI 为 300 时，可得以下表格

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在实际作业中，需要考虑到成图误差，我们选取理论值两倍 GSD 保障作业精度。例如在 1：500 的作业中，建议选取的 GSD 为 2.12 厘米/像素进行作业。我们知道了 GSD 为多少那就可以换算出飞行高度。到底飞行高度是多少呢？请在留言区写下你换算的结果。


精度与飞行高度的关系



客户 C 要的精度不能超过 5cm 指的是什么呢？精度分为相对精度和绝对精度两种，相对精度指的是在合成的模型上测量的精度，比如要测量模型中道路的长度，测量得到的数据与实际的差异是多少。绝对精度指的是合成模型上地物的位置与实际位置的差异，比如模型中路灯的位置与实际位置的差异是多少。我们要问清楚客户要的是哪种精度。

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以大疆精灵 Phantom 4 RTK 为例，在厘米级的定位条件下其相对精度和绝对精度能达到1~2*GSD。什么意思？比如客户需要相对精度为 5CM 的数据，我们飞行时采用的 GSD 可为2.5~5cm/pixel。为了保证效果，实际飞行时我们可以采用 GSD为 2 cm/pixel，飞行高度约为 73 米进行数据采集。


图像精细度与飞行高度的关系



客户 D 说我要能看出电线的模型，那如何能把电线重建出来呢？要重建一个物体，这个物体在图像中要至少占用两个像素。以电线为例，高压线顶上的地线直径约为 1.6cm，那我们拍摄时选取的 GSD 最大为 0.8cm/pixel。以大疆精灵 Phantom 4 RTK 为例，在飞行时距离电线不要超过 29 米。

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电线点云模型


总结一下，客户对拍摄数据的要求主要分为两个方面，一是关于测量的精度，二是模型的精细度。无论哪种要求，我们都要转化成需要多少地面影像分辨率的数据。关于测量的精度，以大疆精灵Phantom 4 RTK 为例，在厘米级的定位条件下其相对精度和绝对精度能达到1~2*GSD。关于模型的精细度，GSD 数值越小模型越精细。要重建一个物体，这个物体在图像中要至少占用两个像素。我们都可以通过以上的数据把客户的需要转换为需要采集地面影像分辨率(GSD)是多少，进而换算为飞行高度。


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