DJI行業應用台灣代理 先創國際
您需要了解的地球形狀及其對無人機測量的影響
地球真的是圓的嗎？雖然答案應該看起來很明顯，但實際上並不像您想像的那麼簡單。要被歸類為完美的球體，一個物體必須是完全圓形和對稱的，能夠從任何方向從中間切開並創建兩個相等的一半。地球——形狀不規則、高原和海底深裂縫——絕非如此。
那麼地球是什麼形狀，它的分類如何影響測量工作？要回答這個問題，您需要了解大地水準面和橢球之間的區別，這兩種建模方式旨在繪製出我們星球的缺陷。
那麼什麼是橢球呢？
橢球本質上是一個不完美的球體。這個名字來自“橢圓”這個詞，用來描述對圓的類似改變。
與球體不同，橢球的長度、寬度和高度不必全部相同。但是，該形狀的任何橫截面仍然必須是橢圓或圓。根據大英百科全書，這是通過一個數學方程來解釋的，該方程考慮了三個不同的垂直軸，這些軸都在形狀的中心相交：
x 2 /a 2 + y 2 /b 2 + z 2 /c 2 = 1
如果 a、b 和 c 都相等，則形狀為球體。如果三個值中的兩個相等，則形狀為橢球體——有時也稱為旋轉橢圓體，因為形狀的任何橫截面都是橢圓。球體分為兩類。如果兩個相等的值大於第三個，則形狀為扁球體。同時，如果球體的單個值大於兩個相等的值，則形狀為長球體。
橢球體和地球的形狀
科學家和數學家使用橢球模型來更準確地定義地球和其他行星的形狀。根據大學 NAVSTAR Consortium (UNAVCO) 的說法，提供近似行星的橢球被稱為參考橢球。用於模擬地球的特定測量值稱為地球橢球體。
雖然地球在衛星照片中看起來是一個完美的球體，但事實並非如此。取而代之的是，這顆行星在赤道處要寬得多，並且越靠近每個極點就會變平——或者有一個較短的軸。換句話說，地球是扁球體橢球體的近似近似值。雖然它並不完美，但地球橢球有很多用途，包括繪製 GPS 坐標和飛行路徑。與來自大地水準面模型的數據相協調，它對於測量工作也是必不可少的。
……大地水準面？
雖然將地球視為橢圓體而不是球體，當然可以更準確地了解行星的形狀，但仍有很多不足之處。橢圓體形狀仍然完全光滑，沒有考慮地形。這就是為什麼參考橢球通常被稱為行星的“最佳近似值”。為了獲得更準確的圖片，您需要使用大地水準面模型。
大地水準面模型使用稱為平均海平面的測量值來更全面地表示地球表面海拔變化的方式。平均海平面是指水面完全平坦或沒有潮汐和洋流時行星海平面的高度。據美國國家海洋和大氣管理局稱，平均海平面對模型很有用，因為水會對地球的引力做出反應。引力更強的地方——平均海平面更高——表明地表下有更多的質量。同樣，較低的平均海平面也表明海底海拔下降。根據美國地質調查局的數據，繪製這些測量值通常會導致整個海洋和陸地的逐漸波動。
值得注意的是，大地水準面建模通常在比總體地球橢球模型更局部的水平上進行。例如，美國目前使用 1988 年的北美垂直基準面或 NAVD88。然而，國家大地測量局正在開發利用 GPS 數據的更新模型。多年來，NGS 還製作了幾個實驗性和混合大地水準面模型，這些模型考慮到了
橢球體和大地水準面模型之間的差異如何影響測量？
作為一名測量員，您希望確保您使用的是在整個站點中一致測量的精確數據。雖然行星的整體形狀可能感覺它對單個測量站點的影響相對較小，但大地水準面模型提供的數據至關重要。
特別是，橢球和大地水準面模型用於建立場地的垂直基準面。與地面採樣距離等計算相結合，垂直基準面對於航空攝影測量和一般測量至關重要。此測量單位代表您工作地點的零高程點 – 或您繪製地形圖的點。
雖然測量通常是基於大地基準面進行的，大地基準面是基於大地水準面模型計算的，但實際上有兩種不同類型的垂直基準面。另一個是潮汐基準，通過測量一段時間內水面水平的變化來計算。由於大多數測量是基於陸地的，因此這種測量形式通常不適用。
使用垂直基准保持數據一致
在整個測量工作中保持準確性的很大一部分是確保您對項目的每個部分使用相同的垂直基準。這意味著位於不同數據上的站點的任何部分都需要轉換為匹配。幸運的是，這可以通過一個使用大地水準面和橢球體模型信息的簡單公式來完成：
橢球高度 – 大地水準面高度 = 正高
橢球高度是地球橢球與您在地球表面上選擇的坐標之間的差值。由於 GPS 坐標基於橢球模型，因此如果您使用 GPS 接收器，則無需額外計算即可找到此數字。同時，大地水準面高度是您參考的大地水準面模型（例如 NAVD88）與地球橢球之間的偏移值。
將這些數字代入公式的結果就是正高。這是在所有數據中必須保持一致的數字。
用於準確測量的正確無人機和有效載荷
既然您已經了解瞭如何使用橢球體和大地水準面模型來確保厘米級精度，那麼是時候升級到可以完成這項工作的設備了。Matrice 300 RTK是您的不二之選。憑藉快速的速度和持久的電池，這款無人機可以到達您需要的地方。一次安裝三個有效載荷的能力也使得以盡可能少的飛行來收集數據變得容易。
無論您是在下一個站點上執行攝影測量還是 LiDAR測繪，DJI 都有您正在尋找的有效載荷。Zenmuse P1是我們的旗艦攝影測量有效載荷，配備 45 兆像素全畫幅低噪聲高靈敏度傳感器和可互換的24/35/50毫米定焦鏡頭。結合卓越的數據質量管理，您已準備好繪製出每一個小細節。
對於需要 LiDAR 的測量工作，我們推薦Zenmuse L1。憑藉價格合理的高精度 IMU 和密集的樹葉穿透力，該有效載荷非常適合勘測任何地形。這兩款相機都設計用於與我們的地圖軟件DJI Terra輕鬆集成。
來源：
https://www.unavco.org/education/resources/tutorials-and-handouts/tutorials/elevation-and-geoid.html
https://www.propelleraero.com/blog/geoids-vs-ellipsoids-whats-the-difference/
https://www.britannica.com/science/ellipsoid
https://oceanservice.noaa.gov/facts/geoid.html
https://geodesy.noaa.gov/datums/newdatums/index.shtml
https://www.gpsworld.com/a-look-at-ngs-experimental-and-hybrid-geoid-models/
https://www.vims.edu/research/units/labgroups/tc_tutorial/tide_datum.php
