1-1 研究動機與目的
近年來使用三維雷射掃瞄儀於各種工程應用上越來越受到重視，舉凡土木建設工 程、變形監測、數位古蹟典藏、隧道測量、逆向工程、自然景觀維護等，皆須實施現地 的測量以獲得被測物的三維空間資訊，是目前應用相當廣泛的技術。應用三維雷射掃瞄 儀測量具有以下優點，儀器只需要一個立足點，即能以不接觸到物體的情況下快速獲得 被測物體表面高密度以及高精度的三維點位，有別於傳統測量的針對被測物體單一特徵 點進行量測，三維雷射掃瞄儀可以說是屬於一種面的測量；三維雷射掃瞄儀除具有快 速、高精度、高密度獲得物體表面空間資訊的優點外，更解決了因觀測者所造成的人為 觀測誤差；三維雷射掃瞄儀為一主動式量測，在黑暗中亦可由儀器主動發射雷射光源進 行量測，對於在黑暗中的作業也有實質上的幫助。三維雷射掃瞄儀的發明突破了以往的 傳統測量方法，能精確、大量、快速獲得被測物的表面空間資料，對於從事空間資訊建 立及分析的專家而言，無疑將是一項強大而有力的空間資訊取得的工具。
經三維雷射掃瞄儀作業後所得之資料為均勻密佈於被測物體表面的三維點資料，一 般皆以點雲（Point Cloud）稱之，每一個點資料包含著空間坐標、反射強度値等資訊。
然而單一測站往往無法完整涵蓋被測物的範圍，常需要整合多個測站的點雲資料來達成 目的，不同測站的點雲資料具有不同的參考坐標系統，因此點雲連結的問題即是求得各 測站坐標系統間的轉換關係，或轉換到相同坐標系統，目前所知的點雲連結方法有四：
共軛面轉換法、磁性覘標控制點法、測站後視稜鏡法、及曲面匹配法(曾義星、史天元，
2002)。以上四種點雲連結方法中，磁性覘標控制點法為利用相鄰測站之重疊觀測區域 裡擺設反射標當控制點，反射標主要作用是為了提供雷射掃瞄點雲資料一個明顯而且定 位精準的特徵，只要有三個以上的控制點，即可求得相連測站之三維座標轉換參數，因 此反射標的定位精度將會對點雲結合的精度有極大的影響。
一般來說，三維雷射掃瞄儀的廠商會生產原廠磁性反射標以供使用者於點雲結合者 當控制點使用，反射標中心坐標計算方法為依反射標反射強度差異篩選出反射標圓形部 分點雲，再將圓形部份所有點雲資料取其平均坐標即得，而三維雷射掃瞄儀量測所得到 的點雲資料，會因量測的環境，如空氣粒子、測物材質、顏色等而產生一些量測的雜訊，
因此反射標中心坐標也易受原始點雲中雜訊而影響其定位精度。因此本研究以提升三維 雷射掃瞄儀反射標定位精度為主要研究對象，分 30 公尺、60 公尺、90 公尺三段距離，
使用六種不同雜訊濾除方法，距離濾除法、最小角度濾除法、最適平面法、點資料平滑 化（高斯平滑、中値平滑、平均平滑）濾除反射標原始點雲中的量測雜訊點，以求得更 好的反射標定位精度。
除使用雜訊濾除方法來提升反射標定位精度外，反射標的選擇也是一個影響定位精 度之重要因素，不同的反射標會有不同的定位精度，故本研究中除使用原廠反射標外，
亦使用自製之反射標進行試驗，主要原因為原廠反射標價格昂貴且購買管道僅有生產三 維雷射掃瞄儀公司，而自製反射標成本低廉並可自行製作，若自製反射標定位精度與原 廠反射標定位精度相比較下差異性不高或甚至更佳時，對於三維雷射掃瞄儀的使用者將 是另外一種選擇，因此可利用此次實驗得到原廠反射標與自製反射標定位精度的差異；
另一原因為若以單一反射標探討雜訊濾除對反射標定位精度的影響，會顯得太過主觀，
故選用兩種反射標來當作此次實驗的對象。
1-2 研究方法
在本研究所選用的三維雷射掃瞄儀是隸屬於法國 Trimble 的子公司 Mensi 所生產 的 GS200 型，適用於中長距離的掃瞄作業；反射標為 Mensi 原廠所率定製造的反射標 (Target)與自製反射標(Object)。
本論文主要以提升反射標定位精度為研究對象，分 30 公尺、60 公尺、90 公尺三段 距離進行測試，分別對這三段距離中原廠反射標與自製反射標之原始點雲使用六種濾除 方法加以改正其定位精度，並比較在各測試距離中能改善的幅度大小及兩種反射標的定 位精度差異。定位精度可分內部精度與外部精度，故本研究主要有兩個主要作業：1.反 射標中心點位坐標內部精度差異比較；2.反射標中心點位坐標外部精度分析。
1.反射標內部精度差異
本研究於試驗場牆面上佈設原廠反射標及自製反射標，使用 GS200 型三維雷射掃瞄 儀分三段距離分別掃描原廠反射標及自製反射標，對反射標使用距離濾除法、最小角度 濾除法、最適平面法、高斯平滑、中値平滑、平均平滑共六種雜訊濾除方法濾除反射標 原始點雲的雜訊後，再利用 RealWorks Registration Target Analyzer Tool 計算出反 射標中心點位坐標。利用重複觀測，比較三種距離以及六種濾除方法對反射標內部精度 的差異，以得到原始點雲與濾除雜訊後點雲後之反射標內部精度變化，並比較原廠反射 標與自製反射標內部精度差異。
2.反射標外部精度分析
欲了解反射標外部精度，因分析反射標內部精度時已經求得三段距離中原廠反射 標與自製反射標的中心點位坐標，故先比較三段距離中六個雜訊濾除方法中各反射標中 心坐標的差異量後，再使用全測儀對反射標進行觀測，以全測儀觀測所得之坐標當做參 考已知坐標，各距離掃描原始點雲定位坐標以及各種濾除方法所得之反射標中心點位坐 標當觀測坐標作六參數與七參數轉換來進行外部精度的分析作業。
1-3 研究流程
本研究流程圖如圖 1-1，詳細步驟說明如下：
一、確定研究目標
確定本身想要研究的目標，例如本論文以三維雷射掃瞄儀為主要的研究目標。
二、文獻回顧
以研究目標為主題收集國內外相關文獻，從文獻中找出可行之研究題目及方向，探 討可行度，試圖找出合適之題目。
三、建立研究題目
經由國內外文獻回顧後，確定合適作為研究之題目，並撰寫出研究之動機與目的。
四、設計研究方法
研究題目以及研究動機與目的確定後，即可設計一可合乎流程的研究方法，擬定研 究的流程及步驟。
五、實施外業計劃
外業計劃在整個研究流程中屬最重要，外業的成果影響了整個研究的結果，因此必 須按照設計之外業計劃，按部就班完成所有外業內容。
六、成果探討
屬內業作業部分，經由外業所得之各項數據，選定合適的數學模式進行數值分析之 動作。
七、結論與建議
歸納研究成果，提出結論以及後續研究之建議。
圖1-1.研究流程圖
1-4 論文架構
本論文之基本架構共分為五個章節，各章節的研究內容依序簡要概述如下：
第一章 前言
簡述本研究之動機與目的、研究方法研究流程以及論文組織架構。