想免像控？RTK/PPK无人机 vs GCP 测绘精度对比

无人机航拍测绘具有精度高、作业效率高、数据分析能力强的特点，很大程度上解决了人工测绘的痛点。因此，无人机在测绘工程中的应用越来越广泛。

精度对于测绘从业人员来说精度至关重要，针对RTK/PPK 无人机和使用GCP精度到底如何，GIS前沿小助手在外网找了一篇相关测试文章，文章由小助手整理编译（有不足之处欢迎指出）。

RTK和PPK无人机有何区别？

两者之间的主要区别在于位置校正发生的时间，RTK在飞行中更正，PPK之后更正。

非RTK无人机——它们精度如何？

当您使用机载GPS接收器或接收器与相机一起驾驶非RTK无人机时，相机位置是从卫星三边测量的，因此它们的位置可以通过几个距离测量来识别。

根据设备质量和卫星几何形状，可能会出现高达几米的误差，尤其是在Z方向上。

卫星和RTK无人机之间的链接

什么是GNSS，什么是GPS？

全球导航卫星系统(GNSS)是一个卫星网络，用于广播时间和轨道信息，用于导航和定位测量。GNSS使用卫星星座并基于三边测量的概念。简而言之，GNSS接收器通过测量到三颗或更多颗卫星的距离来准确确定自己的位置。

GNSS的一些示例包括Galileo GPS、GLONASS和北斗。全球定位系统 (GPS) 是一种GNSS，由美国国防部在1970年代开发用于军事用途，但后来也可供平民使用。GPS现在是世界上使用最广泛的GNSS，并在全球范围内提供连续的定位和授时信息。

什么是RTK技术，它是如何工作的？

RTK无人机携带一个板载GNSS RTK接收器，该接收器从卫星和一个基站收集数据，以便在飞行时更准确地实时校正图像位置。由于这些连接，RTK 定位可能有其缺点，例如无线电链路中断和信号阻塞。无人机与基站之间的距离较远会导致信号受阻，从而导致校正数据丢失和飞行中准确摄像头位置的百分比降低。

通过GSM或Wi-Fi等数据链路连接，RTK无人机将通过笔记本电脑或控制飞行的设备连接到基站或虚拟参考站 (VRS)。相机位置是实时计算的，参考地面参考，长时间精确测量其位置。这些计算有助于将相机位置校正到两到三厘米的水平和垂直精度。

RTK的优势

无需花时间将GCP放置在难以接近的地方

无需飞行后GNSS后处理

使用无人机的实时GPS定位进行实时校正

更好的航路点导航，适用于具有挑战性的环境

使用 RTK 进行自主辅助着陆

实时操作无需后处理软件包

基站和虚拟参考站会创建一个RTK校正信号，从而改善定位。

然而，事情并不总是完美的。现场工作人员可能会遇到连接中断，从而干扰摄像机位置的实时校正。该系统提供浮动解决方案，甚至返回独立模式。相机位置是RTK-float，表明校正的不确定性。对于RTK-float，精度将再次下降数十厘米，甚至几米远，就像您从非RTK飞行中获得的那样。在这种情况下，只要您的无人机提供商这样做，您就可以执行PPK更正。出于这个原因，使用GCP是有益的。

无人机和基站之间的链接可能会被建筑物或其他结构中断。

什么是PPK无人机，它是如何工作的？

PPK代表“后处理运动学”。在PPK工作流程中，无人机根据机载GNSS接收器将地理坐标附加到每个图像。同样在飞行过程中，基站单元（可以是GNSS基站或CORS网络）还可以通过更准确的三角测量记录位置信息。

PPK的优势

无需花时间将GCP放置在难以接近的地方

由于不依赖恒定的数据连接，数据更完整

在可能发生实时校正中断的环境中具有更大的飞行灵活性

保留GNSS数据以证明问责制并在需要时重新处理

节省现场时间，无需建立RTK连接

灵活使用基站

无需远程无线电或冒着数据链路丢失的风险

飞行后无人机的准确GNSS定位

仅使用GPS或GPS/IMU进行前后平滑处理的能力

双天线GPS处理支持

成本更低，因为您不需要测量GCP的设备，而且无需放置设备，从而节省时间

地面控制点精度如何？

哪个为您提供更好的准确性？RTK、PPK还是GCP？

如果由于一些现场限制或痛苦的测量程序，您不打算应用任何地面控制点 ( GCP )，则使用RTK/PPK无人机比使用非RTK无人机更有优势。

但是，RTK/PPK无人机需要与特定的硬件和软件配对。整个系统需要支持与基站或VRS的通信，并包含后处理功能。所有这些高科技实现使RTK/PPK无人机比其他无人机贵得多。拥有兼容的图像处理软件也很重要，它会考虑到各个相机位置的不同精度。

下面是针对各个情况的航测精度测试，我们提供了未使用GCP的RTK/PPK航线与具有良好分布的GCP的非RTK航线之间的精度质量比较。对于那些决定是购买新无人机还是继续使用GCP的人来说，这篇文章可以作为参考，更多干货可关注：GIS前沿。

为了更好地研究性能，我们进行了两次单独的飞行：一次使用 RTK模式，另一次使用独立模式（在飞行过程中禁用实时校正或连接丢失）

跨越两种不同类型的区域：农田和城市地区。

eBee Plus在田野中起飞

使用 eMotion 3 进行飞行计划

使用SenseFly eBee Plus执行飞行，使用Javad Triumph-ls测量GCP。

同一地区的RTK航班和独立航班均遵循相同的配置。我们使用GCP调整独立模式飞行的相机位置，并使用同一组检查点来评估两种模式的准确性。

所有项目都使用PIX4Dmapper处理，使用默认的3D地图模板。

第一项测试：野外飞行

单格，高度=102m (GSD 2.5 cm)，重叠80%

在飞越田野时，我们可以预期连接不会遇到太多障碍物。我们的RTK飞行将 99% 的摄像机位置固定得非常清晰，无需后处理 (PPK)。

飞行无人机的理想条件是阳光明媚、温度合理且几乎没有风的时候。

在这里，我们比较了不使用任何GCP和RTK飞行和具有良好分布的GCP的独立模式飞行的精度。RTK在现场飞行的结果令人印象深刻。

它在X、Y和Z各个方向上提供大约1像素 (2.5 cm) 的精度。在独立模式下，我们可以获得3.6米的垂直精度，这在不应用位置校正或使用任何GCP的情况下是可以预期的。

在不使用任何GCP的情况下，对RTK飞行和非RTK飞行进行精度评估。

一旦我们应用了一组GCP，Z 中的误差就会大大降低。但是，我们也发现分布在这类项目中起着极其重要的作用。在这里，我们还比较了在不同分配中使用GCP时的准确性：

边缘上的GCP：高大的玉米地周围和远离GCP的大垂直误差

边缘的GCP和场地中间的GCP：垂直误差显着降低

从图表中，我们可以看到，通过在场地中间放置一个额外的GCP，垂直精度从65厘米提高到6.6厘米左右。当它远离GCP并且周围有各种地形可能包括障碍物时，误差就会累积一个困难的区域。

这里的“困难区域”是指特征查找和图像匹配可能存在问题的情况，农田就是其中之一。从这些区域拍摄的图像会产生更多的位置误差，从而导致精度降低。在这种情况下，精确的相机位置（第一阶段99%RTK固定）用作密集且分布良好的GCP。

使用不同GCP分配的处理的准确性评估

第二项测试：城市飞行

双网格，高度=102 m (GSD 2.5 cm)，重叠 80%在市区上空飞行固定翼无人机可能会更加复杂。除了许可问题外，您还需要一个开放的起飞和降落场所，这对于城市地区并不总是可行的。

无人机飞行操作需要在市区航空环境中进行密切监控

在这个项目中，我们在靠近市中心的地方找到了一个宽敞的体育公园。飞行过程中，建筑物、树木和本地Wi-Fi干扰了数据链路连接，事实证明，只有71% 的摄像机位置得到了很好的校正（RTK-fixed）。

获取的摄像机位置：RTK-fixed显示为灰色，RTK-float显示为绿色，大小参考值

在实际情况下，RTK-float的不均匀分布（位置没有很好地校正）会导致提高全局精度的障碍。

从结果中，我们注意到了RTK飞行在由于障碍物而失去连接时的劣势。在这种情况下，PPK可以改善结果。虽然不能保证总是比使用GCP更好，但在我们的用例中它们非常接近。

在RTK飞行中，我们发现更接近RTK-float相机位置的误差较大，而在后处理结果中，整个区域的误差看起来更均匀。

RTK飞行（71% RTK固定）、后处理 (PPK) 结果和GCP项目的精度评估

PPK与RTK与GCP的最终结果

对于数据链路连接稳定且没有障碍物的田野或地方（平坦或大地势），RTK飞行可以很好地捕捉地形，并在不使用任何GCP的情况下提供极其准确的结果。

当图像内容中有茂密的植被、农作物或一些难以匹配的特征时，使用RTK/PPK无人机进行测绘尤其有利。无论您在哪里设置或能够设置GCP，您始终可以控制高精度和高质量的输出。

此外，PPK方法非常适合长途飞行，尤其是BVLOS（超视距）任务。

GSD 2.5 cm，检查点标记为绿色，尺寸指误差值

RTK飞行的垂直精度：2.7 cm；GCP 分布均匀：6.6 厘米

在城市地区，它的工作方式不同。在某些部分可能会丢失连接，这会导致RTK-float相机位置分布不均匀，从而难以提高整体精度。在我们的案例中，PPK提供了比RTK飞行更好的结果。但是，两者都没有提供比使用分布良好的GCP处理的更好的准确性。

Urban：GSD 2.5 cm，检查点以绿色标记，尺寸指误差值

PPK解决方案的垂直精度：6.7厘米；GCP分布均匀：4.8厘米

现在我们已经看到了两种解决方案的输出质量。但是，我们还需要记住一些事情：可行性、时间、成本以及您要重建的区域的类型。

由于现场的许多原因，例如脆弱的地形纹理、无法到达的地点和其他人身安全问题，测量GCP并不总是可行的。此外，GCP的规划和测量每次可能需要数小时，而后处理通常只需10到20分钟。至于费用，GCP的测量是每个项目区域都必须承担的成本，不像购买RTK/PPK无人机的一次性费用。

与使用GCP相比，使用PPK和检查点仍然可以节省大量时间。为了评估项目的准确性，您可能只需要在整个工作现场设置1个检查点，而不是5到8个GCP（根据项目情况来定）。

考虑到上述情况，重要的是要注意GCP仍然是无人机测绘的一部分，因为它们让测绘无人机能生成更准确的质量报告并证明是有效性的解决方案。