第四章 研究材料及實驗
第一節 儀器及軟體
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第四章 研究材料及實驗
第一節 儀器及軟體
一、GPS 接收模組：BD970 GNSS OEM board(Trimble, 2010)
由 Trimble 設計開發 BD970 GNSS OEM board 並搭配 ANTCOM GPS 天線 G5(以下簡稱 BD970)，如圖 4-1 所示，此接收模組體積小、重量輕，
可酬載於 UAV 上，並可接收 GPS、GLONASS 及 Galileo 雙頻訊號，相關 規格見表 4-1。
圖 4- 1Trimble BD970 GNSS OEM 接收模組及天線 表 4- 1Trimble BD970 GNSS OEM 接收模組規格 儀器大小(長 x 寬 x 高) 100 mm x 60 mm x 11.6 mm 初始化時間 (正常情況)<10 秒
初始化可靠度 (正常情況)>99.9%
BD970 採用整合型多工低雜訊放大器(Low Noise Amplifier, LNA)，單 一天線可接收多頻率訊號，並可同時處理 GPS、GLONASS、Galileo，交由
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(4) 具備 1 組 LAN Ethernet port：可支援連接至 10BaseT/100BaseT 網路，
其網路協定支援 HTTP (web GUI)、FTP Server (when data logging is enabled)、FTP Push (when data logging is enabled)、NTPServer 及 NMEA…等。
二、相機：Canon EOS 5D-II
本研究光學感測器選用非量測相機 Canon EOS 5D Mark II，並搭配同 一廠牌之 24 mm 鏡頭(見圖 4-2)，詳細規格如表 4-2。於地面率定時將相機 對焦至無窮遠後固定焦距至 UAV 航拍任務結束，於航拍取像時快門及光圈 則設定為 1/1600 秒及 F/4。
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圖 4- 2Canon EOS 5D-II 與 24mm 鏡頭 表 4- 2Canon EOS 5D-II 相機規格
最高畫素 5616 x 3744 (21.0 MP)
CCD 尺寸 36 24 mm CMOS
最高速快門 1/8000 sec
相機大小 152 114 75 mm
重量 810 g
Pixel 大小 6.4 μm
三、UAV：定翼機 DoDo Pro
根據飛行區域地理條件，應選擇不同 UAV 機種，依據 UAV 的飛行特 性可區分為定翼機(fixed wing)與旋翼機(rotary wing)。旋翼機(如圖 4-3)可定 點拍攝，不需跑道升降，可垂直起降，適用於建物密集的都市、地形崎嶇 之地區(范成楝，2001；趙弘文，2009；Eisenbeiss, 2009)。定翼機則是飛行 過程可保持速度一致，取像時穩定性較佳，且續航力較高，缺點是起降時 需要跑道(約莫 100 公尺)且無法定點拍攝。實驗區域為花蓮，地形起伏平坦、
空曠，易於找尋 UAV 起降跑道，於研究中將採用定翼型 UAV，如圖 4-4 即為研究所採用國產的 DoDo Pro 定翼型 UAV。
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圖 4- 3 旋翼機：MD4-200 (Microgrones, 2009)
圖 4- 4 定翼式 UAV (國土測繪中心，2010)
DoDo Pro 擁有 5 公斤的酬載能力，飛行時間可達 3 個小時以上，且因 重量較一般旋翼機重，故具有較佳抗風性能。因 DoDo Pro 有效酬載達 5 公 斤，且有效酬載空間為 16 16 20（cm3），因此可同時酬載單眼數位相機、
GPS 接收模組以及 AHRS 等設備(國土測繪中心，2010)，見圖 4-5。
圖 4- 5UAV 組件示意圖(國土測繪中心，2010)
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四、相機率定軟體：iWitnessPRO
iWitnessPRO 為自動率定相機軟體，率定時要求 20 個率定標必須均勻 分布且景深差異需 15~20 公分，見圖 4-6 為率定場現場布標狀況，此外率 定取像之交會角度需介於 70~100 度之間。本研究率定過程其物距約莫 8 公 尺，率定時像片曝光站分布(見圖 4-7)，每一曝光站拍攝時並按順序旋轉相 機取像，共拍攝 9 張，率定標與相機於物空間分布情況見圖 4-8。
圖 4- 6 Canon EOS 5D Mark II 相機 24mm 鏡頭的相機率定場
圖 4- 7 率定時像片曝光站分布示意圖
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圖 4- 8 率定標與相機於物空間分布圖示
五、空三平差軟體：ORIMA
本研究空三平差軟體採用掛於 LPS 軟體上空三平差解算軟體ORIMA，
此軟體除像點觀測量外，允許使用者加入 GPS 觀測量(見圖 4-9)，並可選擇 線性漂移參數克服 GPS 天線至相機投影中心偏移量無法量測問題，因此可 執行 GPS 輔助 UAV 影像空三平差。而對於像點觀測量提供自率附加參數
─Brown 物理模式，並可讓使用者可個別選擇相機參數如像主距(CFL)、像 主點(x0,y0)、透鏡畸變差(a1,a2,a3 and Optional terms)是否解算，見圖 4-10 分別由 Locked、Constrained、Free 選項決定，其中 Locked 係空三平差過程 不解算，而 Free 則是允許在空三平差過程中一併求解之，Constrained 則是 介於兩者之間，解算時由所提供之相機參數值小幅變動。
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圖 4- 9 ORIMA 不同觀測量加入之視窗
圖 4- 10 ORIMA 相機參數率定時之選項視窗
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平差精度分析均以檢核點均方根誤差(Root Mean Square Error, RMSE)分析。於自率光束法空三平差時，自率附加參數模式為 Brown 物理模式，考量透 鏡畸變差大部分來自輻射畸變差(Clarke et al., 1998)，平差過程僅允許像主 距、像主點、輻射畸變差可變動，其他參數如底片不平坦、非輻射畸變差