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第四節 論文架構
本文各章節內容編排如下：
第一章為緒論，包含研究背景、動機、目的、方法與流程，分別闡 述本研究之創新、重要與發展，及本文實際應用的未來展望。
第二章為文獻回顧與理論基礎，承續第一章所提的動機與目的，說 明研究使用之理論及技術，包括：熱紅外的基礎理論、熱影像之內方位 率定、無人飛行載具以及建立數值表面模型的方法，並由前人之研究成 果與內容，評估與本研究的關聯性，以助於實驗方法之選用。
第三章為實驗設計，依據文獻回顧中所得的結論，規劃實驗內容及 流程，分別介紹整體實驗架構，以及研究所需資料與處理程序，並敘述 本研究取得與處理熱影像之方法。
第四章研究成果與分析，以第三章所規劃之實驗方法所得研究成果，
討論並分析。其中包括相機率定、DSM 建製成果、熱影像拍攝成果以及 數值地表溫度模型展示。
第五章結論與建議，接續第四章研究成果與分析，結合與比對研究 初始目的，歸納研究結論，並提出未來研究之建議。
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應用於許多方面，如以熱影像偵測人與車輛 (Gaszczak, 2010)、以熱影像 搜尋火災發生的區域視野，並提供特別的火災事件細節 (Ambrosia, 2003)‧ 國
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顧於後續研究之連結性，以利達成本研究之目的。
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2010)、調查崩塌地或土石流地區 (李璟芳、張守陽、林志平，2004)、偵 測地熱或火山活動 (Schwonke, 2007)以及追蹤衛生掩埋場滲漏水情形等 領域。
圖 4 不同溫度下的黑體輻射曲線 (Lillesand et al., 2008)
圖 5 大氣窗與各種感測器間波長之關係對照圖 (Lillesand et al., 2008)
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(Ground Sample Distance, GSD)，需使鋁質圓形人為控制點在熱影像中約 有 6 個像元大小 (Hartmann et al., 2012)。‧
Landsat-6 (ETM)(發射失敗) 10.4~12.5 120
Landsat-7 (ETM) 10.4~12.5 60
MODIS 10.8~12.3 1000
衛星載臺在掃描前，感測器會先感應標準輻射源，使各波段之數值 有共通的標準，稱為載台上之率定 (On-board Calibration) (陳承昌，2005)，
但因為載臺漫長的飛行期間，感測器會因為時間而產生精度衰退現象，
也難以用其他率定方法而得 (Thome, 2001)。
遙測光學影像輻射率定方法一般可分為三種︰（1）建立物理模式；
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（2）從已知目標物獲取反射率資訊；（3）直接從不同波段之影像上建立 各種目標物之輻射值關係 (Smith and Milton, 1999; Perry et al., 2000)。而 熱影像絕對輻射率定在精度要求較高的情況下，須使用實地調查法，相 當於從已知目標物獲取輻射資訊，進行熱影像輻射改正。
反射法 (Reflectance-based Approach)是實地調查法的一種，其方法為 在衛星拍攝到的地表範圍內，圍出網格形的取樣區，取樣區大小需與所 要率定感測器之空間解析度一致，接著使用光譜儀 (Spectrometer)在取樣 區實地收集地表輻射量，取各處的輻射量平均值計算該取樣區的光譜反 射值，以此作為輻射率定衛星影像中，取樣區的輻射資料與反射值之參 考 (Thome, 2001)。
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的導航系統 AHARS (Attitude and Heading Reference System) 可提供三維 坐標之位置參數及姿態參數，作為地理對位之用。‧
Person View, FPV)方式飛行，但仍受限於國內對民用無線設備功率之 限制，通常操控半徑均以數公里為限。‧
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(Ackermann, 1994)。旋翼旋轉方向
尾翼
反作用力矩
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圖 8 航帶首尾增加鏈狀高程控制點 圖 9 航帶首尾各增加一條正交航帶
全控點 高程控制點 航帶 正交航帶
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數值高程模型 (Digital Elevation Model) 以數值、離散化方式，描述 並記錄自然地貌之起伏，其資料內容僅儲存地表裸土之高程資訊，並不 包含其上之附加物，如：植被、建物和覆蓋物等；而數值地表模型 (Digital Surface Model, DSM) 則不僅包含地表裸土的高程資訊，同時亦儲存其上 附 加 物 之 高 程 資 訊 ， 因 此 能 完 整 呈 現 區 域 中 ， 地 表 面 的 實 際 情 形
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Positioning System, GPS)、全測站、電子平板儀，或經緯儀加上測距儀配 合計算機，在已知點位的測站上，觀測目標點的方向、距離和高差三個‧ 國
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三、 光達測量
光達 (Light Detection and Ranging, LiDAR)使用雷射測距原理，紀錄 由儀器發射出雷射光射向物體，接著接收自物體反射回來的光訊號，並 計算往返的時間而得到儀器與物體之間的距離。光達分為地面光達及空 載光達，一般用做測製大範圍地表地物，常使用空載光達作業，由於是 置於飛機上操作，故又稱空載雷射掃描 (顏宏宇，2005)，圖 11 為空載光 達掃描作業示意圖。
圖 11 空載雷射掃描作業示意 (顏宏宇，2005)
空載光達搭配全球定位系統 (Global Positioning System, GPS) 及慣 性量測單元 (Inertrial Measurement Unit, IMU)，並歸算各單元之坐標系統 至光達坐標系統，便可依空載雷射掃描方式，直接獲取地物精確的三維 絕對坐標，其高程精度通常較平面精度高 2 至 5 倍，空載光達的高程精 度約有 0.15~0.20 m，水平精度約 0.5 m (Baltsavias, 1999)。
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四、 雷達干涉技術
利用地球資源衛星遙測影像製作 DSM 除了使用可見光波段影像之 外，主動式衛星獲取的地面資料也可用來製作 DSM，例如合成孔徑雷達 干涉技術 (Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)。合成孔徑雷達 (Synthetic Aperture Radar, SAR) 具有穿透雲霧之能力與日夜皆可施測的 特點，其延伸技術 InSAR 利用不同時間或不同位置的雷達天線，得到兩 幅或多幅複述影像，藉由相位值的差異量，以獲取地表的三維資訊。合 成孔徑雷達干涉技術簡單的幾何關係表示如圖 12，其中 A1、A2為獲取地 表資訊時天線的空間位置，B 為兩天線間的距離 (基線長)，H 為航高，θ 為視角，r 為第一個天線至地面點的距離，δ 為第二天線至地面點的距離 與 r 的距離差值，α 值為基線與水平線的夾角。
在雷達干涉的處理技術中，只要確定軌道之參數值：航高、視角、
基線及基線與水平線的夾角等資料，配合雷達波長便可計算點位的高程 值 (謝嘉聲，2006)，進而求得自然地表之 DSM。
圖 12 雷達干涉幾何示意 (謝嘉聲，2006) r +δ
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制測量則以即時動態測量 GPS-RTK (Real Time Kinematic)，求得控制點與 檢核點之三維坐標。實驗區總共佈設 20 個地面控制點，其中選擇 15 個 點作為解算空中三角測量之控制點，其餘 5 個則作為檢核正射熱影像成 果之檢核點，而控制點與檢核點之分布及編號如圖 14 所示，相關控制點 及檢核點點位資料，詳如附錄一所示。‧
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並以實地率定法 (field methods) (Wolf and Dewitt, 2004)率定熱像儀。率定 軟體中之率定模板 (見圖 15)之相對位置為已知值，由於熱像儀之呈像不
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圖 15 iWitness PRO 率定模板
圖 16 鋁質點位率定標可見光影像 圖 17 鋁質點位率定標熱影像
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發動機 260 gasoline 接收器 Futuba/JR
轉速 9000-13000 rpm 淨重 8400 g
作業溫度 110°C - 160°C 主要羅盤轉速 1350rpm
飛行最大速度 25 m/s 燃料 汽油
飛行最大高度 3700 m 無載重飛行時間 80 – 90 mins
發訊器 6 channel + 載重飛行時間 50 – 60 mins
起落架長度 230 mm 材質 CF
總重量 10 – 12 kg 燃料容量 550 -1500 ml
實體圖
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二、 數值地表模型的來源與建製過程
為快速取得高精度且大範圍之數值地表模型，本研究使用 Optech ALTM Pegasus 空載雷射掃描儀所蒐集建製之點雲資料，其規格如表 4。
圖 18 航帶配置
正交航帶
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表 4 Optech ALTM Pegasus 空載雷射掃描儀規格
參數 數值 參數 數值
作業範圍 300 ～ 2500 m 雷射光波長 1064 nm
水平精度 1/5, 500 × 海拔 高程精度 <5-15 cm
發射頻率 可編程；100～500 kHz 位置和方向系統 POS AVTMAP50 (OEM) ； 220 通道 GNSS 接收系統
掃描寬度(FOV) 可編程；0 ～ 65° 掃描頻率 可編程；0 ～ 140Hz (有效)
光束發射角 0.2mrad (1/E) 收集強度 可接收 4 個脈衝強度，包括 最後一個 (12 bit)
工作溫度 -10°C to +35°C 相對溼度 0 ～ 95% 非冷凝
Optech ALTM Pegasus 掃描所得的三維點雲資料，經由 ArcGIS 10.0 處理，原有點雲三維坐標資料係以文字檔方式儲存，讀入 ArcGIS 10.0 後，
基於 TIN 三角網是以多種向量方式建立，可由點雲建製得 TIN 三角網，
使高程值儲存於 TIN 中，再內插計算成為數值模型的網格 (Raster)，求得 數值地表模型。
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第三節 控制點佈設
熱影像成像與光學影像不同，其所記錄的是為溫度資訊，故在選擇 控制點位佈設之材質時，需考慮材質與周圍溫度的溫差及大小，是否足 以使控制點位成像可為人眼所判釋。熱像儀每個像元大小為 25 微米，焦 距為 18.55 公厘，考慮研究之航線規畫，在航高 100 公尺時，每個像元之 地面涵蓋範圍為 13 公分 × 13 公分，意即控制點及檢核點之點位，在實 地佈設材質於環境時，其材質板大小不能小於 13 公分 × 13 公分。
為使點位能於熱影像上成像至少 6 個像元大小 (Luhmann et al., 2010)，以供判釋點位位置及點選控制點，本研究使用 45 公分 × 45 公分 的方形鋁質板，做為熱影像幾何改正之控制點及檢核點，如圖 19。另外，
為使實地鋪設鋁質板時，鋁質板中心可對齊控制點中心，於鋁質板之對 角線中心穿洞，使佈設控制點之外業作業能快速且準確進行。
圖 19 方形鋁質板可見光影像 穿洞
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經過測試，方形鋁質板於熱影像上之成像，已足以使控制點點位清 楚呈現，圖 20 為由飛行中拍攝之熱影像，圖中的紅圈處之黑點即為鋁質 板，可清楚區分鋁質板與其他地物。
圖 20 鋁質板實際於測區之成像
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第四節 成果檢核
本實驗以影像工作站 Leica Photogrammetry Suite (LPS)量測熱影像控 制點，並執行空中三角測量平差，求得影像外方位元素後，以空載光達 點雲建製之 DSM，正射糾正熱影像，建立數值地表溫度模型。
因熱影像中的地物特徵不甚明顯，故本研究僅檢核絕對精度。研究 中以 GPS-RTK ( real time kinetic Global Positioning System)測得檢核點之 TWD97 平面坐標，再以檢核點之均方根誤差 (Root Mean Square Error, RMSE)及誤差向量圖，提供評估正射熱影像絕對精度之依據。
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第四章 研究成果與分析
本章探討與分析研究成果。使用 UAV 取得之熱影像，僅具平面溫度 資訊，藉由本研究建置數值地表溫度模型之過程，使數值地表溫度模型 除了有三維坐標外，亦提供第四維之溫度資訊。以下各節分別敘述熱像 儀率定成果、DSM 建製成果及正射熱影像成果之檢核，與建置數值地表 溫度模型之探討。
第一節 熱像儀率定成果
由 iWitness PRO 率定非量測型相機，可求得內方位參數，包括焦距、
由 iWitness PRO 率定非量測型相機，可求得內方位參數，包括焦距、