航测无人机航线规划原理

无人机航向设计包含几个关键参数：飞行高度、地面分辨率、相机参数(像元大小、分辨率、焦距、传感器尺寸)、航向重叠度、旁向重叠度。

一、地面分辨率与飞行高度和相机的关系

航空摄影测量通常提到的影像地面分辨率是指拍摄的影像每一个像素对应地面实际大小。假设无人机从空中拍摄到地面一个1米*1米的物体，在影像上这个物体占用了10*10个像素，那么该影像的地面分辨率就是0.1米。

当无人机挂载同一款相机，不同的飞行高度获得的影像地面分辨率不同；当无人机在同一高度飞行，如果挂载的相机不同，那么地面分辨率也会不同。决定地面分辨率的主要因素是飞行高度、相机焦距、像元大小（相机传感器上每一个像素点的实际大小）。

根据相机的成像原理，通过相似三角形可以计算地面分辨率。假设相机焦距为ƒ，像元大小为u，飞行高度为H，地面分辨率d可以通过如下公式计算：

$d=\frac{\mu * H}{f}$

以索尼A6000相机为例，A6000传感器尺寸为6000*4000，传感器尺寸为23.5毫米，根据传感器尺寸÷最长边得到像元大小约为3.9微米，如果A6000相机使用20毫米镜头，当飞行高度为100米时，计算的出地面分辨率为19.5毫米，飞行高度为200米时，地面分辨率为39毫米。

在给定地面分辨率和具体相机参数的情况下，也可以反算出需要飞行的高度。

二、航向重叠度和旁向重叠度计算

当飞行高度和相机参数确定后，前后拍照间距和航线间距已知的情况下，可以计算航向旁向重叠度。相机参数包含焦距、传感器宽和高，传感器宽x=最长边像素*像元大小，高y=最短边*像元大小。首先计算的是单张影像在地面的投影大小，计算方式与计算地面分辨率类似，设飞行高度为H，焦距为ƒ，前后曝光间距M，航线间距为N。

航向重叠度的计算则是计算前后两张照片高在地面投影的重叠。计算前后两张影像重叠区域长度则是影像高直接减去曝光间距。

如图所示：两张航片未重叠部分长度等于曝光间距

影像高在地面投影大小：Y=(y * H) / ƒ

航向重叠度：R1=(Y - M) / Y

旁向重叠度的计算则是计算相邻航线两张照片宽在地面投影的重叠。计算前后两张影像重叠区域长度则是影像宽直接减去航线间距。

如图所示：两张航片未重叠部分长度等于航线间距

影像宽在地面投影大小：X=(x * H) / ƒ

旁向重叠度：R2=(X - N) / X

三、拍照间距和航线间距计算

在飞行高度、相机参数、航向旁向重叠度设定的情况下，可以计算前后拍照间距和航线间距。拍照间距和航线间距的计算实际上可以根据航向重叠和旁向重叠的计算公式变换得到。拍照间距就是计算在同一条航线上，前后两张照片的曝光间距，根据已知的航向重叠度，计算影像高在地面投影大小即可。航线间距也就是计算影像宽在地面投影大小，结合旁向重叠度得到航线间距。

拍照间距：M = Y - R1 * Y = y * H * (1 - R1) / ƒ

航线间距：N = X - R2 * X = x * H * (1 - R2) / ƒ