航拍熱影像獲取方式
由於本研究使用之熱像儀，其像幅可涵蓋地面範圍較可見光影像小，且所獲取之影像右 側皆有溫標資訊，致使欲獲得較高重疊率之影像，必須密集地拍攝取像。但熱像儀拍攝與儲
23
存時間間隔至少三秒以上，故不同航高之航拍計畫，UAS 飛行速度將有所不同，以航高 150 m 與前後重疊率為 80%為例，其曝光站間距為 13m，為確保熱像儀取像成功，必須使其拍攝 與儲存時間總和達 4 秒以上，故飛機飛行速度必須為 3 m/s，但以此飛行速度航拍取像，將易 受陣風影響，導致所獲取之影像將有重疊率不足之情況發生，故為取得足夠重疊率之熱影像，
本研究將以熱像儀外接訊號線至錄影卡，以飛行速度為 10 m/s，每秒紀錄 30 幅影像之錄影方 式獲取熱影像。
e-GNSS 觀測量之取得
當 GPS 訊號且無線電與網路設備訊號良好時，e-GNSS 即時解算可得固定解，其理論定 位精度 2-5cm 範圍內，但由於本研究 GPS 天線安裝於機身左側(見圖 17)，可能受到電磁波干 擾，又取像時間為中午 12 點至下午 3 點，此時通過台灣上空之衛星顆數較少，故於航拍取得 真 實 資 料 時 ， 所 得 之 即 時 解 算 GPS 資 料 定 位 品 質 不 佳 ， 大 多 為 廣 域 差 分 增 強 系 統 (Satellite-based augmentation systems, SBAS)，亦有少數 Differential GPS (DGPS)及 RTK 之定 位品質。以本研究使用之 Trimble BD970 接收模組其 SBAS 定位精度約 0.5~0.85m，DGPS 之 定位精度約 0.25~0.5 m，而 RTK 定位精度約 0.002 m (Trimble，2014)。本研究為對應以每秒 30 像幅之錄影方式，GPS 觀測量接收頻率為 20 Hz。不論 GPS 定位品質優劣，皆須以時間內 插取得 GPS 觀測量，本研究將以線性內插方式取得對應像片之 GPS 觀測量。
圖 17 本實驗建置之單旋翼 UAS 系統
熱影像處理
獲取真實資料執行熱影像定位定向時，是由錄影機卡錄影獲取熱影像，故須由錄影檔資 訊中擷取所需之熱影像。然而，錄影模式之限制，使得所截出之熱影像(704 × 480 pixels)不 為原始像幅(320 × 240 pixels)且影像向上偏移 8 pixels(圖 18 藍色框)，故須將截出之影像重 新取樣至原像幅大小(見圖 18 右圖)。此外，熱影像硬體的限制，使其於影像上之左側有溫 標顯示(見圖 18 左圖紅色框)，此溫標為明顯特徵，易使後續自動匹配連結點時產生錯誤之 成果，故須予以剔除，接續將影像匯入 LPS 空三軟體，執行標準化互相關(Normalized Cross Correlation, NCC)匹配連結點，其匹配相關係數設定為 0.6，搜尋罩窗大小為 7 × 7。連結點 量測及自動匹配而得，故以匹配精度(0.33 pixels)與人工量測精度(1 pixels)之平均(0.66 pixels) 作為像點量測精度之設定。真實資料之相關參數設定，見表 7：
單航帶 6 張影像匯入 LPS 執行連結點匹配，由於熱影像空間解析度較差，且影像上邊緣 線特徵模糊不清，而地物又缺乏明顯特徵物，不易自動正確匹配連結點。自動匹配成果經人 工除錯與人工加量連結點後，共得連結點個數僅 53 個，其於各影像上連結點分布情形見圖 19。
圖 18 單航帶中各影像之連結點分布狀況
由於單航帶測區為河道，地控點僅能於河岸兩側佈設，不易於重疊區佈設控制點，故以 測區四角落佈設單全控點配置，探討有無 GPS 輔助光束法空三平差之外部精度。因檢核點不 易實地量測，僅用 3 個檢核點探討。因於此配置下，LPS 無法解算，故表 8 僅列所發展之數 學模式解算成果，表中包含有無 GPS 天線偏移量觀測量加入解算的兩者成果。由表 8 得知，
有 GPS 天線偏移量觀測量加入解算時，由於熱影像之基線航高比較小，致使其高程精度解算 成果較差，但由於本研究 GPS 觀測量精度不佳，使其平面精度(0.4m)及高程精度(1.27m)無法 達到預期成果，但此精度已可達監測之用。此外，無 GPS 輔助光束法空三平差時，將無法解 算，由此可知，即使 GPS 觀測量品質不佳，亦仍有空中控制之作用；於 GPS 天線偏移量之 解算成果得知，當所發展模式中引入 GPS 天線偏移量觀測量時解算成果幾乎等同於實際觀測 量，故於 GPS 觀測精度不佳時，無法成功求得正確之 GPS 天線偏移量，但受 GPS 天線偏移 量觀測量影響，使其解算成果皆接近於 42 cm。此外，若無 GPS 天線偏移量觀測量引入模式 解算時，會解算出錯誤甚巨之 GPS 天線偏移量 30.58m(見表 8)，且其外部精度也變更差。
表 8 GPS 輔助單旋翼 UAS 熱影像單航帶光束法空三平差之成果
解算方式 所發展數學模式(GPS)
有無 GPS 天線偏移量觀測量 有 無
外部精度(m) X 0.32 1.25
Y 0.24 0.11
平面 0.40 1.25
Z 1.27 1.45
S(m) 0.42 30.58
然而，由於單航帶測區中間部分，其連結性較弱(見圖 20)，亦為 LPS 無法解算成果因素
之一，若於中間部分增加一控制點(如圖藍色框)，雖可解算，但平面精度高達 1.5 m，而高程 精度更高達 10 m。
圖 20 單航帶四角落佈設單全控點之地面連結點、檢核點及控制點分布情形
圖 21 則是將本研究使用未遺漏 GPS 輔助單旋翼 UAS 熱影像單航帶光束法空三平差定位 定向後之成果配合該區空載光達測量所產生的 1m 數值高程模型產製之正射熱影像展圖於 Google Earth 中之成果。
圖 21 單航帶正射熱影像
27
六、 結論與建議
6.1 結論
本章將根據前述實驗，針對熱像儀率定、VBS-RTK GPS 即時動態定位方式輔助單旋翼 UAS 熱影像空三平差之可行性、所發展模式於 GPS 輔助單旋翼 UAS 熱影像空三平差解算
(一) 由於 GPS 即時定位成果不佳，影響其定位品質因素甚多，如 GPS 天線位置、電磁
王敏雄、劉至忠、劉正倫、蕭輔導，2006，「e-GPS 衛星基準網之 VBS-RTK 即時動態定位系 統測量成果分析」，國土測繪中心測試報告。
Ackermann, F.E. 1992, “Operational Rules and Accuracy Models for GPS Aerial Triangulation”, International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, 29(B3): 691-700.
Ackermann, F.E. 1994, “On the status and accuracy performance of GPS photogrammetry”,
Ackermann, F., 1997, “GPS for Photogrammetry”, International Society forPhotogrammetry and Remote Sensing, 56(4): 387-406.
Ackermann, F. and Schade, H., 1993, “ Application of GPS for Aerial Triangulation ” , Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 59(1):1625-1632.
29