空載移動遙測製圖技術之回顧

空載移動遙測製圖技術的發展可追溯自 1990 年代初期，與車載 移動遙測製圖技術相似，其中重要的里程碑可分為三個階段；第一階 段為前 INS 時期，約自 1985 年自 1995 年；第二階段為後 INS 時期，

約自 1995 年起至 2000 年；而最後一個階段為空載光達時期，約自 2000 年起至迄今。在前 INS 時期，歐美諸多學者提出以 GPS 多天線 陣列之方式提供飛機的姿態(Cohen and Parkinson, 1992; El-Mowafy and Schwarz, 1994)，如此可應用至空中三角之解算程序中，但此種設 計所提供之精度(0.1 至 0.03 度)受限於應用在航測飛機上可安置多天 線陣列之基線長度(2 至 10 公尺)與 GPS 整數週波未定值之解算問題，

故無法成為具備直接定位能力的空載移動遙測製圖技術主流產品 (Mostafa and Schwarz, 1999)。

在前 INS 時期，約自 1990 年代初期歐美已有諸多學者已認知到 慣性 測量儀對 發展空 載 移動遙 測製圖 技術之必 要性 (Cannon and Schwarz, 1990; Schwarz et al, 1993; Skaloud et al, 1994; Lechner and Lahmann, 1995)，而最早配置慣性測量儀之研究型空載移動遙測製圖 技術為由加拿大卡加利大學空間資訊工程系所開發(Skaloud et al, 1996)，如圖 2.24 所示。其無控制點直接定位精度約為 30~40 公分。

而空載系統之發展落後於車載系統之原因在於高精度 INS 的取得。在 1990 年初期發展的車載系統絕大部分只使用輪速計與陀螺儀，而空 載系統對於完整的 INS 提供高精度三軸姿態解之需求更勝於車載系 統，卡加利大學於 1993 年領先全世界引入 INS 應用於車載系統，故 不難理解空載移動遙測製圖技術之研發時程略晚於車載系統之原因。

圖 2. 24 第一部空載直接定位移動遙測製圖技術 (摘自 Skaloud et al, 1996)

同時美國俄亥俄州立大學於製圖中心於 1998 年發展類似的空載 遙測製圖系統(Airborne Integrated Mapping System, AIMS)，其無控制 點直接定位精度約為 20~30 公分(Toth and Grejner-Brzezinska, 1998)。

該系統架構細節請參考圖 2.25，圖 2.26 所示為目前商用空載遙測製 圖系統之範例。圖 2.27 比較了傳統空三與直接定位航測製圖流程之 比較，引入直接定位技術之後，其人力以及時間成本可以大量減少，

製圖效率大量提高。根據 Grejner-Brzezinska(2001)之統計，直接定位 航測製圖成本可以節省至少 70%，而其精度亦可滿足絕大部分業主的 需求且其製圖效率亦可提升至少 60%。

圖 2. 25 美國俄亥俄州立大學製圖中心發展之直接定位空載移動測繪 系統(摘自 Toth and Grejner-Brezezinska, 1998)

圖 2. 26 商用空載移動遙測製圖技術之範例(Courtesy of Leica Geosystems, ZI/Imaging, Vexcel and Applanix, respectively) Ip 等人(2004)整合了傳統使用地控點之間接定位(空三)與直接定 位發展出使用整合式定位演算法(Integrated Sensor Orientation, ISO)之 空載移動測繪系統以提升空載移動測繪系統之穩定性，如表 2.5 所示。

表 2. 5 不同定位模式之比較(摘自 Ip et al., 2004)

(摘自 Toth and Grejner-Brzezinska, 1998;Ip et al., 2004 )

最後一個階段為空載光達時期，與前二個階段的空載遙測製圖技 術相較之下，其主要差異在影像擷取感測器部分搭載雷射掃描儀或光 達(Axelsson, 1999; Wehr and Lohr, 1999)，空載雷射掃描製圖技術原理 與範例如圖 2.28 與圖 2.29 所示。空載雷射掃描最早之實驗可追溯至 1970 至 1980 年代，但一直到雷射掃描儀與 INS/GPS 整合式定位定向 系統之相關軟硬體技術成熟後自 1995 年後才逐漸引入空間資訊領域 之相關應用(Axelsson, 1999)。

圖 2. 28 空載雷射掃描系統之原理

圖 2. 29 空載雷射掃描系統之範例

國內有部分大型測量公司與農林航測所等單位陸續引進空載移 動測繪系統從事測圖作業，但無單位實際進行具備直接定位能力之空 載移動測繪系統研製。成功大學測量及空間資訊系於 2009 年起接受 國科會資助進行空載傾斜攝影之直接定位系統之先期研究，並逐漸掌 握相關之關鍵技術。同時除了使用各式量測型相機所開發之空載移動 測繪系統外，在 2000 年前後陸續有廠商與研究單位如工研院、交通 大學、中央大學與成功大學等機構因應政府機關委託案之故陸續引進 了光達之空載移動測繪系統，目前國內沒有任何研究機構從事空載光

達移動測繪系統之研發工作。

空載雷射掃瞄儀為目前商業化的技術，在平坦無植被覆蓋理想測 區，經過精密的系統率定後，其地形測量作業於高程精度可達 15 公 分(劉榮寬等人，2005)。目前空載雷射掃瞄測高技術主要用於快速取 得大範圍面積的三維地形資料，生成數值地形圖，特別用於測繪森林 覆蓋區域和山區地形圖(Petzold et al., 1999; Kraus and Pfeifer, 1998;

Pereira and Wicherson, 1999; Wehr and Lohr, 1999)。

此外，空載雷射掃瞄儀也用於獲取大範圍高精度的數值地形模型 (DTM)；測繪線狀地物如電線等電力設施、電塔路線圖(林志交等，

2004)、高速公路；獲取森林地區地表的三維資訊，進行植被參數測 定(吳至誠，2005)；海岸地帶地形測繪，如監測海岸變化、侵蝕情況 (徐偉城等，2005)；其他如防災評估、冰面變化監測、地震災區等危 險區域的測繪研究(史天元等，2002)。

經由過去文獻可知，利用空載雷射掃瞄儀可快速且精確的獲取研 究區域範圍的三維點雲數據，並且可以據以導出詳細地形地貌，包括 數值地形、等高線圖、各方向之剖面圖、各角度之三維透視模擬照片 等，以提供針對該區域之最佳了解與對策。若有早期高程資料，則可 以評估地形變化，提供高程差異量分析、崩塌土石方量估算或數值模 擬等。