無人飛行載具介紹與飛航規劃

壹、無人飛行載具規格

茲就本研究採用無人飛行載具規格、GPS 模組、微機電慣性測量儀 (Inertial Measurement Unit, IMU)等組成進行介紹與說明。

一、六旋翼型無人飛行載具系統

本研究考量社區空間分布及數位建模需求，採用六旋翼型無人飛行載具系統 [後續簡稱旋翼型 UAS] (Unmanned Aircraft System，UAS)(如圖 5-2)進行航拍，全 機直徑約 120cm，標準酬載設備可搭載 1,800 萬畫素以上之數位相機 (含影像發 射模組)。旋翼型 UAS 的操作高度可達 500m，每次滯空拍攝作業時間可達 20 分 鐘，可有效拍攝小範圍區域之高畫質影像。基本規格資料如表 5-1所示。

二、旋翼型 UAS 適用之 POS (LEA-6T + ADIS16405)

本研究旋翼型 UAS 設計有簡單型 POS (如圖 5-3)，運用 GPS 模組與微機電 等級之 IMU 整合設計而成。在 GPS 模組選擇方面，採用 IMU 模組則選擇 ADIS16405 (如圖 5-4)；單頻載波相位接收儀 U-BLOX LEA-6T 模組 (如圖 5-5)，

兩者優點皆是精度高、價格便宜、重量輕，很適合做為酬載重量相對較小的旋翼 型 UAS 使用。此外，本 GPS 模組亦支援外部 Time mark 記錄功能，可記錄拍攝 相片時的 GPS 時間，做為相片與 POS 資料同步解算的基準。

表 5-1 旋翼型 UAS 規格表

載具寬度 120 公分 最大航高 可達 500 公尺 載具重量 4.5 公斤 載具飛行最遠

距離 可達 1500 公尺 酬載重量 1.5 公斤

酬載搭配

Canon-5DM2 Canon-550D

SONY-DV 滯空最長

時間 約 20 分鐘

資料來源：本研究計畫整理。

圖 5-2 旋翼型 UAS

資料來源：本研究計畫整理。

資料來源：經緯資訊有限公司提供。

圖 5-4 IMU 模組 ADIS16405 資料來源：經緯資訊有限公司提供。

圖 5-5 單頻載波相位接收儀 LEA-6T

資料來源：經緯資訊有限公司提供。

三、酬載感測器

國土測繪一號搭載高解析度全片幅數位單眼相機 (DSLR)- Canon 5D Mark II (如圖 5-6)，並且視不同航拍需求搭配相容之 20mm、24mm 或 50mm 焦距鏡頭 並經過相機率定程序，詳細規格如表 5-2。

表 5-2 Canon 5D Mark II 數位相機規格表

項目 規格

影像感測器 有效畫素 2,110 萬畫素

全片幅(24mm*36mm)CMOS 感測器 鏡頭焦距 20mm、24mm 或 50mm 焦距定焦鏡頭 記憶卡容量 32GB、64GB

影像格式 JPEG/RAW

記錄畫素 最高 5616 x 3744 pixels 儲存張數 1,500 張以上

連拍速度 每秒 3.9 張（最高）

快門速度 最快可達 1/8000 秒，提供外部觸發快門 ISO 感光度 ISO 50 ~ 25,600

資料來源：Canon 官網 (http://www.canon.com.tw/)。

圖 5-6 Canon 5D Mark II 數位相機

資料來源：Canon 官網 (http://www.canon.com.tw/)。

貳、航拍計畫

本小節主要說明 UAV 航拍作業流程，根據目前相關法規規範，規劃航拍工 作區域時受以下限制：航拍區域若位於機場周圍禁、限航區，則無法執行任務。

航拍區位於訓練空域、軍方管制空域、目視航線等，則需視與民航局及軍方單位 協調後狀況方可執行任務。鄰近禁、限航區，可能影響民航機或軍機起降及其他 航空器安全，亦需與相關單位協調後方能進行航拍。執行航拍任務前置作業在機 務整備外，需視天候條件許可下操作使用，另在任務規劃與勤前提示與工作分配 是為重要的工作，UAV 操作使用程序標準作業流程可參考圖 5-7。各階段工作流 程：

一、執行任務前

由任務規劃人員根據航遙測任務條件，配合當地空域限制、飛行路徑與所經 地形條件、及參考起降地點等資料，在地面導控系統軟體的導控地圖 GIS 平台 上，標示出航點、航線、航拍與感測器啟動序列，及設定執行模式等，儲存成飛 航任務檔。

二、任務執行中

將飛航任務檔的任務資料傳輸至飛控電腦。由飛控電腦根據飛航任務資料進 行自動控制飛行載具，並依控制任務設備操作序列執行任務工作。在執行任務的 過程中，可以經由資料傳輸系統將機載設備以及飛行載具的狀態，即時地在地面 導控系統軟體上各種儀表、導控地圖 GIS 平台上顯示，讓工作人員清楚了解任 務執行中狀況。工作人員也可根據任務執行的狀況所需，即時經由資料傳輸系統 上傳更新控制指令給飛控電腦，進行即時性的飛航任務調整與更新。

地面導控系統可透過有線或無線數據傳輸，將任務執行的資訊傳送給後端資 料處理的電腦，進一步讓 UAV 執行任務取得的資料得到最大的利用價值。

三、任務執行後

將機載所有感測器紀錄資料，與高解析數位影像進行下載，並進行資料後處 理與其他加值應用。

參、航線規劃

本研究針對調查地點周遭地形、氣候與交通狀況情況，派遣不同型式之無人 飛行載具(UAV)執行中低空航拍任務，本研究以六槳旋翼機執行此次兩處案例社 區空拍任務。

兩處社區航拍規劃資訊如表 5-3，飛行航線規劃如圖 5-8及圖 5-9所示。

表 5-3 航拍規劃資訊

項 目 資 訊 備 註

相機焦距 20 公釐 採用高素質 20mm 手動定焦鏡頭，避 免 UAV 震動造成自動對焦位移。

像元解析度 6.4μm

航帶寬 約 1200 公尺 航拍影像有效寬度

飛航高度 300 公尺 依照地形高程部分會有所調整 航線間距 600 公尺 確保側向重疊率>40%

側向重疊 > 40%

前後重疊 > 80% 提高前後重疊，降低後續立製時遮蔽 情形及提高正射品質

航空攝影 以 GPS/IMU 輔助 可提高後續製作空三及測圖等精度 地面解析度 10 公分以內 山區高程起伏劇烈，地面解析度依高

程變化，介於 5~20cm

資料來源：本研究計畫整理。

(a)航線圖

(b)第一趟航跡 (c)第二趟航跡

(d)第三趟航跡 (e)第四趟航跡

圖 5-8 A005 社區 UAV 飛行航線規劃

資料來源：本研究計畫整理。

(a)航線圖

(b)第一趟航跡 (c)第二趟航跡

(d)第三趟航跡 (e)第四趟航跡

(f)第五趟航跡 (g)第六趟航跡

圖 5-9 A148 社區 UAV 飛行航線規劃

(h)第七趟航跡 (i)第八趟航跡

圖 5-9 A148 社區 UAV 飛行航線規劃(續)

資料來源：本研究計畫整理。