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【技術】航測知識點詳解,你都搞明白了嗎?

面對航測客戶,我們總會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。那我們怎么去解決客戶的需求?其實客戶提出的各種要求都是對數(shù)據(jù)精度的要求,我們需要轉換成飛行高度才能讓無人機去執(zhí)行任務。



1.jpg

經(jīng)緯 M300 RTK



GSD 與飛行高度的關系



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像素中心的距離代表實際距離是多少,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。那他們具體的關系是什么呢?
2.jpg


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),通過計算得到的飛行高度約為182 米。考慮到飛行時的環(huán)境影響,我們一般會低于計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。

圖片GSD 與飛行高度



比例尺與飛行高度的關系



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

1 英寸= 300 個像素
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 DPI 為 300 時,可得以下表格

圖片


在實際作業(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?請在留言區(qū)寫下你換算的結果。


精度與飛行高度的關系



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

4.jpg

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


圖像精細度與飛行高度的關系



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?要重建一個物體,這個物體在圖像中要至少占用兩個像素。以電線為例,高壓線頂上的地線直徑約為 1.6cm,那我們拍攝時選取的 GSD 最大為 0.8cm/pixel。以大疆精靈 Phantom 4 RTK 為例,在飛行時距離電線不要超過 29 米。

5.jpg

電線點云模型


總結一下,客戶對拍攝數(shù)據(jù)的要求主要分為兩個方面,一是關于測量的精度,二是模型的精細度。無論哪種要求,我們都要轉化成需要多少地面影像分辨率的數(shù)據(jù)。關于測量的精度,以大疆精靈Phantom 4 RTK 為例,在厘米級的定位條件下其相對精度和絕對精度能達到1~2*GSD。關于模型的精細度,GSD 數(shù)值越小模型越精細。要重建一個物體,這個物體在圖像中要至少占用兩個像素。我們都可以通過以上的數(shù)據(jù)把客戶的需要轉換為需要采集地面影像分辨率(GSD)是多少,進而換算為飛行高度。


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