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GSD 和航母类型如何影响 3D 模型的相对精度

在上一篇地面控制点和 PPK 数据如何影响 3D 模型相对精度的文章中,我们提到除了 GCP 和 PPK 数据之外,GSD 和航母对 3D 模型的相对精度也有一定的影响模型。所以我们再做一个测试来验证它。

实验一:GSD对3D模型相对精度的影响;

条件 1

航母无人机

斜相机

GCP

PPK

 CW10 垂直起降

DG4pro

结果表1:

对象数

测量长度(L0)

3D模型长度(L1)GSD=2cm

3D模型长度(L2)GSD=1.5cm

DS1(L0-L1)

DS2(L0-L2)

1

7.210

7.18

7.20

0.030

0.010

 

8.706

8.69

8.65

0.016

0.056

 

10.961

10.89

10.90

0.071

0.061

2

7.010

6.88

6.86

0.130

0.150

3

1.822

1.76

1.76

0.062

0.062

4

10.410

10.38

10.37

0.030

0.040

5

10.718

10.65

10.68

0.068

0.038

6

13.787

13.72

13.71

0.067

0.077

7

11.404

11.41

11.38

-0.006

0.024

 

12.147

12.13

12.12

0.017

0.027

8

7.526

7.44

7.49

0.086

0.036

 

13.797

13.83

13.77

-0.033

0.027

9

10.374

10.35

10.35

0.024

0.024

10

2.109

1.98

2.09

0.129

0.019

 

4.281

4.14

4.19

0.141

0.091

11

14.675

14.55

14.64

0.125

0.035

 

8.600

8.58

8.57

0.020

0.030

12

13.394

13.36

13.38

0.034

0.014

13

12.940

12.95

12.91

-0.010

0.030

14

7.190

7.21

7.20

-0.020

-0.010

15

13.371

13.36

13.38

0.011

-0.009

 

6.435

6.37

6.43

0.065

0.005

16

3.742

3.74

3.70

0.002

0.042

17

6.022

6.03

5.99

-0.008

0.032

18

3.937

3.91

3.94

0.027

-0.003

19

8.120

8.09

8.12

0.030

0.000

 

14.411

14.40

14.37

0.011

0.041

20

6.077

6.06

6.04

0.017

0.037

21

13.696

13.68

13.65

0.016

0.046

均方根误差: DS1=0.0397m,DS2=0.0356m

条件 2

航母无人机

斜相机

GCP

PPK

CW10 垂直起降

DG4pro

是的

结果表2:

对象数

测量长度(L0)

3D模型长度(L1)GSD=2cm

3D模型长度(L2)GSD=1.5cm

DS1(L0-L1)

DS2(L0-L2)

1

7.210

7.18

7.21

0.030

0

 

8.706

8.68

8.68

0.026

0.026

 

10.961

10.91

10.87

0.051

0.091

2

7.010

6.92

6.88

0.090

0.13

3

1.822

1.79

1.76

0.032

0.062

4

10.410

10.39

10.38

0.020

0.03

5

10.718

10.66

10.72

0.058

-0.002

6

13.787

13.77

13.79

0.017

-0.003

7

11.404

11.38

11.38

0.024

0.024

 

12.147

12.12

12.13

0.027

0.017

8

7.526

7.47

7.53

0.056

-0.004

 

13.797

13.83

13.78

-0.033

0.017

9

10.374

10.34

10.37

0.034

0.004

10

2.109

2.03

2.11

0.079

-0.001

 

4.281

4.18

4.28

0.101

0.001

11

14.675

14.59

14.67

0.085

0.005

 

8.600

8.57

8.58

0.030

0.02

12

13.394

13.35

13.39

0.044

0.004

13

12.940

12.92

12.9

0.020

0.04

14

7.190

7.21

7.19

-0.020

0

15

13.371

13.36

13.37

0.011

0.001

 

6.435

6.43

6.42

0.005

0.015

16

3.742

3.72

3.7

0.022

0.042

17

6.022

6.00

5.98

0.022

0.042

18

3.937

3.94

3.91

-0.003

0.027

19

8.120

8.09

8.07

0.030

0.05

 

14.411

14.41

14.38

0.001

0.031

20

6.077

6.03

6.04

0.047

0.037

21

13.696

13.65

13.65

0.046

0.046

均方根误差:DS1=0.0328m,DS2=0.0259m

条件 3

航母无人机

斜相机

GCP

PPK

CW10 垂直起降

DG4pro

是的

 

结果表 3:

对象数

测量长度(L0)

3D模型长度(L1)GSD=2cm

3D模型长度(L2)GSD=1.5cm

DS1(L0-L1)

DS2(L0-L2)

1

7.210

7.20

7.20

0.01

0.01

 

8.706

8.71

8.69

0.00

0.02

 

10.961

10.87

10.88

0.09

0.08

2

7.010

6.89

6.87

0.12

0.14

3

1.822

1.79

1.75

0.03

0.07

4

10.410

10.39

10.38

0.02

0.03

5

10.718

10.67

10.69

0.05

0.03

6

13.787

13.75

13.78

0.04

0.01

7

11.404

11.39

11.38

0.01

0.02

 

12.147

12.13

12.12

0.02

0.03

8

7.526

7.51

7.49

0.02

0.04

 

13.797

13.79

13.78

0.01

0.02

9

10.374

10.35

10.34

0.02

0.03

10

2.109

2.03

2.02

0.08

0.09

 

4.281

4.15

4.21

0.13

0.07

11

14.675

14.61

14.65

0.07

0.03

 

8.600

8.60

8.57

0.00

0.03

12

13.394

13.37

13.40

0.02

-0.01

13

12.940

12.88

12.89

0.06

0.05

14

7.190

7.20

7.18

-0.01

0.01

15

13.371

13.36

13.38

0.01

-0.01

 

6.435

6.40

6.46

0.03

-0.03

16

3.742

3.75

3.75

-0.01

-0.01

17

6.022

5.97

5.97

0.05

0.05

18

3.937

3.93

3.91

0.01

0.03

19

8.120

8.10

8.08

0.02

0.04

 

14.411

14.40

14.38

0.01

0.03

20

6.077

6.04

6.05

0.04

0.03

21

13.696

13.65

13.67

0.05

0.03

均方根误差:DS1=0.0342m,DS2=0.0328m

条件 4

航母无人机

斜相机

GCP

PPK

CW10 垂直起降

DG4pro

是的

是的

结果表 4:

对象数

测量长度(L0)

3D模型长度(L1)GSD=2cm

3D模型长度(L2)GSD=1.5cm

DS1(L0-L1)

DS2(L0-L2)

1

7.21

7.21

7.21

0.00

0.00

8.706

8.68

8.7

0.03

0.01

10.961

10.90

10.89

0.06

0.07

2

7.01

6.98

6.99

0.03

0.02

3

1.822

1.80

1.78

0.02

0.04

4

10.41

10.40

10.39

0.01

0.02

5

10.718

10.70

10.69

0.02

0.03

6

13.787

13.77

13.76

0.02

0.03

7

11.404

11.39

11.39

0.01

0.01

12.147

12.13

12.12

0.02

0.03

8

7.526

7.49

7.51

0.04

0.02

13.797

13.81

13.8

-0.01

0.00

9

10.374

10.36

10.35

0.01

0.02

10

2.109

2.02

2.11

0.09

0.00

4.281

4.16

4.28

0.12

0.00

11

14.675

14.66

14.68

0.02

0.00

8.6

8.54

8.53

0.06

0.07

12

13.394

13.35

13.37

0.04

0.02

13

12.94

12.89

12.91

0.05

0.03

14

7.19

7.18

7.2

0.01

-0.01

15

13.371

13.35

13.35

0.02

0.02

6.435

6.41

6.4

0.02

0.03

16

3.742

3.72

3.71

0.02

0.03

17

6.022

5.98

5.98

0.04

0.04

18

3.937

3.89

3.89

0.05

0.05

19

8.12

8.12

8.1

0.00

0.02

14.411

14.40

14.39

0.01

0.02

20

6.077

6.03

6.03

0.05

0.05

21

13.696

13.66

13.64

0.04

0.06

均方根误差: DS1=0.0308m,DS2=0.0249m

结论

实验1的变量为:

1:有/没有PPK数据。

2:有/没有 GCP。

3:不同GSD:1.5 cm或2cm

经过对四组实验数据的分析,我们可以得出以下结论:

 

当斜置相机为DG4Pros时:

(1) AT三角测量涉及的有/无地面控制点(GCP)和PPK数据,无论是VTOL还是多旋翼无人机,无论GSD是2cm还是1.5cm,斜相机DG4Pros构建的3D模型可满足相对精度误差Ds≤10cm(实际≤5cm)的要求。

(2) GSD为单变量时,GSD=1.5cm的3D模型相对精度优于GSD=2cm的3D模型。

实验二:航母类型对3D模型相对精度的影响

条件 1

斜相机

GCP

PPK

GSD

DG4pro

1.5cm

结果表1:

对象数

测量长度(L0)

3D模型长度(L1)CW10

3D模型长度(L2)M600Pro

DS1(L0-L1)

DS2(L0-L2)

1

7.21

7.20

7.19

0.010

0.02

 

8.706

8.65

8.70

0.056

0.01

 

10.961

10.90

10.91

0.061

0.05

2

7.01

6.86

6.98

0.150

0.03

3

1.822

1.76

1.79

0.062

0.03

4

10.41

10.37

10.39

0.040

0.02

5

10.718

10.68

10.69

0.038

0.03

6

13.787

13.71

13.76

0.077

0.03

7

11.404

11.38

11.38

0.024

0.02

 

12.147

12.12

12.12

0.027

0.03

8

7.526

7.49

7.50

0.036

0.03

 

13.797

13.77

13.77

0.027

0.03

9

10.374

10.35

10.33

0.024

0.04

10

2.109

2.09

2.02

0.019

0.09

 

4.281

4.19

4.20

0.091

0.08

11

14.675

14.64

14.65

0.035

0.03

 

8.6

8.57

8.57

0.030

0.03

12

13.394

13.38

13.35

0.014

0.04

13

12.94

12.91

12.92

0.030

0.02

14

7.19

7.20

7.17

-0.010

0.02

15

13.371

13.38

13.35

-0.009

0.02

 

6.435

6.43

6.41

0.005

0.02

16

3.742

3.70

3.70

0.042

0.04

17

6.022

5.99

5.99

0.032

0.03

18

3.937

3.94

3.89

-0.003

0.05

19

8.12

8.12

8.08

0.000

0.04

 

14.411

14.37

14.36

0.041

0.05

20

6.077

6.04

6.06

0.037

0.02

21

13.696

13.65

13.65

0.046

0.05

均方根误差:DS1=0.0356m,DS2=0.342m

条件 2

斜相机

GCP

PPK

GSD

DG4pro

是的

1.5cm

 

结果表2:

对象数

测量长度(L0)

3D模型长度(L1)CW10

3D模型长度(L2)M600Pro

DS1(L0-L1)

DS2(L0-L2)

1

7.21

7.21

7.21

0

0.00

 

8.706

8.68

8.70

0.026

0.01

 

10.961

10.87

10.91

0.091

0.05

2

7.01

6.88

6.98

0.13

0.03

3

1.822

1.76

1.80

0.062

0.02

4

10.41

10.38

10.39

0.03

0.02

5

10.718

10.72

10.70

-0.002

0.02

6

13.787

13.79

13.75

-0.003

0.04

7

11.404

11.38

11.38

0.024

0.02

 

12.147

12.13

12.13

0.017

0.02

8

7.526

7.53

7.49

-0.004

0.04

 

13.797

13.78

13.79

0.017

0.01

9

10.374

10.37

10.35

0.004

0.02

10

2.109

2.11

2.07

-0.001

0.04

 

4.281

4.28

4.21

0.001

0.07

11

14.675

14.67

14.66

0.005

0.02

 

8.6

8.58

8.57

0.02

0.03

12

13.394

13.39

13.35

0.004

0.04

13

12.94

12.9

12.93

0.04

0.01

14

7.19

7.19

7.18

0

0.01

15

13.371

13.37

13.36

0.001

0.01

 

6.435

6.42

6.42

0.015

0.01

16

3.742

3.7

3.71

0.042

0.03

17

6.022

5.98

6.00

0.042

0.02

18

3.937

3.91

3.91

0.027

0.03

19

8.12

8.07

8.10

0.05

0.02

 

14.411

14.38

14.35

0.031

0.06

20

6.077

6.04

6.06

0.037

0.02

21

13.696

13.65

13.67

0.046

0.03

均方根误差:DS1=0.0259m,DS2=0.256m

结论

实验2的变量为:

1:有/没有 GCP。

2:不同的Carrier无人机:VTOL无人机或多旋翼无人机

通过对两组实验数据的分析,我们可以得出以下结论:

 

当斜置相机为DG4Pros时:

(1) 有/无地面控制点(GCP) 无论是VTOL还是多旋翼无人机,倾斜相机DG4Pros构建的3D模型都能满足相对精度误差Ds≤10cm(实际≤5cm)的要求。

(2)当航母类型为单变量时,多旋翼3D模型相对精度优于VTOL,但差异不大。