大疆精灵4RTK参数设置对航测绘效率影响的分析

孔锐 广州海事测绘中心

2018年6月，大疆发布精灵4 RTK无人机，将厘米级导航定位系统与1英寸高性能成像系统相结合，集成在单人背包可携带的小巧机身中，再配合简单易用的航线布设与飞控软件，在提升航测效率与精度的同时，大大降低了作业难度和成本，真正让航空摄影测量走进一线测绘职工中。

近年来，随着大疆产品线逐渐向更加便携的御系列倾斜，在目前可见的未来，大疆何时能推出精灵4 RTK的换代产品依然成疑，如何最大限度使用好现有产品，提高生产效率，仍然是当下应用的重中之重。

1.测绘模式参数对测绘效率的影响

1.1 飞行高度

飞行高度决定了地面采样距离，即最终成果精度。精灵4 RT K的地面采样距离（G SD）计算公式为(H/36.5) cm/pixel，H 为飞行器相对于拍摄场景的飞行高度（单位：米）。2D正射、照片比例条件下飞行高度与拍摄范围关系见表1。

飞行高度与测线距离等比变化，是影响测线距离的直接因素，但由于飞行高度通常由项目精度确定，下文将飞行高度作为影响因子同时参与各项对比。

1.2 飞行速度

航线规划中的飞行速度可以自行调节，软件只限制最大飞行速度，按飞行高度区间递增。

从最低飞行高度25m起，飞行高度每增加13m，最大飞行速度增加1m/s，最大增加至13 m/s后就不再增加（见表2）。这一规律是按照最大连拍速度不超过0.4张/秒进行设计。

飞行速度的变化只影响飞行时长，并不影响航线距离及拍摄张数，由于飞行速度已经根据高度设置上限，通常选择最高飞行速度最省时。

1.3 旁向/航向重叠率

精灵4 RTK的相机云台只能向前方和下方转动（俯仰：-90°至 +30°），在任何模式下相机都沿飞行方向进行拍摄，即航向重叠率只与照片的纵向实际距离相关，旁向重叠率只与照片的横向实际距离相关。

按照系统默认航向重叠率80%，3D/2D旁向重叠率80%/70%计算，在不同飞行高度下的理论数据见表3。

在实际规划中，精灵4 RTK自带规划软件DJI GS RTK大致按照理论数据设计，但大疆选择了更有规律的定量取整设计，更加方便计算。

由于航向重叠率只影响拍摄张数不影响飞行距离，主要来看旁向重叠率与测线间距的关系。在默认3:2画幅下，无论选择何种模式，系统规划的测线间距只与飞行高度和旁向重叠率有关。常用高度、旁向重叠率关系见表4。

在100m飞行高度80%旁向重叠率条件下，测线间距为30m。保持飞行高度不变，重叠率与测线间距成反比，重叠率每增加/减少5%，测线间距会在80%重叠率的测线间距基础上减少/增加¼；在重叠率不变的情况下，飞行高度与测线间距等比变化。

即测线间距的计算公式为：

S=H×(100-R)×0.015

S为测线间距（单位：米），H为飞行器相对于拍摄场景的飞行高度（单位：米），R为旁向重叠率（单位：%）。

通过对比可知，系统设计的测线间距实际是参照2D正射模式下的理论测线间距。上文公式中的常数0.015，是由5472（横向有效像素）÷36.5（地面采样距离计算常数）÷10000计算得来。

1.4 云台角度

在进行3D倾斜摄影测量时，云台角度会影响照片的纵向实际距离，进而影响同等重叠率下拍摄两张照片的理论飞行距离。但由于理论距离不存在可操作性，DJI GS RTK APP并没有将云台角度与拍照数量挂钩，云台角度只影响测线边缘的长度。

云台角度越大，无人机在同高度下拍摄到有效范围所需的距离越远，测线两端的长度就会越长。

表1 飞行高度与拍摄范围关系

表2 飞行高度与速度关系

表3 不同高度下测线间距与拍照距离

表4 测线间距与旁向重叠率关系

以飞行高度100 米为例，云台角度选择-45° 时，会比默认的-60°单条测线长100×(tan45-tan30)×2=84.53米。

反映到具体项目中，测线越多、单条测线越短，调整云台角度对工作量的增加幅度越明显。但对于桥梁、高楼等高差较大的地物进行测绘，调节云台角度可以有效降低飞行高度提高测绘精度，云台角度也要根据实际选择。

1.5 照片比例

精灵4RTK 在各模式下均有两种照片比例3:2和4:3可供选择，两个比例下的照片最大分辨率为5472×3648（3:2）、4864×3648（4:3）。由于精灵4 RTK的影像传感器为原生3:2画幅的1英寸传感器，4:3画幅实际是在3:2画幅基础上裁切两边获得的，在横向分辨率上，4:3画幅只有3:2画幅的8/9，反映到测线间距上，选择4:3画幅的测线间距也只有3:2画幅的8/9。

实测4:3画幅200米正射70%旁向重叠测线间距80米，80%旁向重叠率间距53.3米，90%旁向重叠率26.7米，均为同参数下3:2画幅测线间距的8/9。

由此可知，3:2画幅会比4:3画幅测绘效率更高，在没有特殊需求的情况下，默认3:2画幅即可。

1.6 测线角度

除了各种可量化调节的参数外，DJI GS RTK 还有一个可调节的选项，即测线角度。

以一个测量范围长宽各约1000米，飞行高度100米，总面积1.002平方公里的3D井字测量项目为例，选择不同的测线角度，预计拍摄张数会从最低4472张到最高4816张变动，预计飞行时间也会从205分10秒到218分49秒相应变化，差距达6.2%-7.1%，对于大范围测绘来说颇为可观。

以理论情况计算，一个长宽各为1000 米的正方形区域，测线间距90米的正射飞行，当测线平行于区域边界时，测线在测区范围外各延伸100米，单条测线长度1200米，测线数量为13条，总长15 6 0 0米。而如果测线角度旋转45°平行于对角线时，测线数量为17条，测线总长度为(1000×√2+100×2)×17-180×2×(0+1+2+3+4+5+6+7)=17361.63米，不仅飞行距离更长，多出的几个调头也会大大增加飞行时间。

通常来说，在不考虑单条测线距离过长的因素时，测线角度尽量平行于测区范围最长的边可以获得最短的飞行距离和飞行时间，对外业内业处理均可提升效率。

2.结语

在固定航高的情况下，测线尽量平行于测区范围最长的边，单条测线长度控制在1-2km，选择最大飞行速度、3:2照片比例，会最大限度提升作业效率。旁向重叠率是影响测线总长度的最大因素，而云台角度对于测线总长度的影响很小。

在尽量优化航线参数的同时，结合选择适当的测绘模式可以事半功倍。例如实际测绘中，高楼、山丘等带来的地形剧烈变化会极大影响旁向重叠率，飞低容易造成空三失败、飞高则很难保证模型精度，以往通常都采用多航高分片飞行的方式，布线飞行都耗时耗力。此时先以大航高对测区进行一次简单航拍，进行快速的内业处理生成粗略的地形，再导入DJI GS RTK使用仿地飞行模式规划航线，可以最大程度的减少飞行工作量和后期内业处理时间，精度、分辨率也能得到很好的保障。而对于大测绘范围使用大区分割、对于起伏岸线使用变高航带、对于桥梁建筑物使用斜面航线等，都可以有效提高工作效率。