第四章 研究材料及實驗
第四節 線性漂移參數之適用性
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第四節 線性漂移參數之適用性
一、實驗設計
實驗二以模擬資料說明 GPS 其天線至相機投影中心偏移量以線性漂移 參數克服之可行性。模擬資料乃使用已完成空三平差之資料。其涵蓋區域 位於高雄荖濃溪上游，見圖 4-21，其 UAV 航拍航高約 1300 公尺，地面像 元解析度(Ground Sampling Distance, GSD)約 30 公分，航拍影像前後重疊約 80%，左右重疊約 40%，航拍 4 條航帶，共計 112 張影像，該區地形起伏 較大，空三平差時已自動匹配出地面連結點，共 3692 點，其分布見圖 4-22；
而連結點與相機投影中心網形結構強，見圖 4-23，可保證模擬資料之平差 結果不受弱網形結構之影響。
圖 4- 21 線性漂移參數適用性之高雄美濃試驗區
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圖 4- 22 線性漂移參數適用性之試驗區連結點分布
圖 4- 23 線性漂移參數適用性之試驗區連結點與投影中心網形 將模擬資料進行像片及地面控制點之坐標改正，再使用空三平差軟體
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ORIMA 進行平差解算，檢查平差成果像點及地面控制點無殘差，如圖 4-24 紅框處係平差後像點量測中誤差其值為 0。確保地面控制點、像點觀測量及 曝光站位置及姿態符合共線式後，再擷取解算後像片外方位參數( X0, Y0, Z0 )，加上空間偏移量 0.6 m、0.6 m 及 0.6 m 以模擬 GPS 定位成果。並在像 點、地面控制點及 GPS 觀測資料加上隨機誤差見表 4-8，進行試驗，其流 程見圖 4-25。
圖 4- 24 模擬資料平差確定無誤之圖示
表 4- 8 各觀測量之隨機誤差
觀測量 標準差 觀測點數
像點 3 μm 26008
地面控制點 ( 5 cm, 5 cm, 10 cm) 10 GPS ( 5 cm, 5 cm, 10 cm) 112
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圖 4- 25 線性漂移參數模擬實驗之實驗流程圖 成果分析
檢核點計算RMSE：drift參數是否可補償GPS antenna-camera offset無法量測 平差解算
Mode : 線性漂移參數(drift) -> GPS Mode : no -> GPS
於GPS模擬資料加入GPS天線至相機投影中心偏移向量 ( 0.6 m, 0.6 m, 0.6 m) 各項觀測資料加入隨機誤差
像點觀測量 地面控制點 GPS觀測量
擷取曝光站位置產生GPS模擬資料 平差解算(sigma 0=0)
資料改正
像點改正 地面控制點改正 檢核點改正
經區域平差資料
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本節實驗的地面控制點配置根據國土測繪中心民國 101 年 1/5000 基本 圖測製說明─『採用衛星定位測量（Global Positioning System, GPS）輔助 空中三角測量時，則可在測區四角各佈設 1 組(2 個)全控制點，並於航線首 尾佈設橫貫測區之高程控制鍊，除測區左右側邊外，鍊上之高程控制點應 位於航線重疊區內』，共佈設 14 地面控制點(見圖 4-26)且均為全控點。檢 核點同樣依據 1/5000 基本圖測置規範─『檢核點必須均勻測設於測區中央 5 個以上檢核點，以驗證空中三角測量品質』，共佈設 25 檢核點(見圖 4-27)。
空三平差過程中，像點量測精度設為 8.5 μm，控制點及 GPS 觀測量精度則 設為( 5 cm, 5 cm, 10 cm)，平差後其像點像點量測中誤差為 4.4 μm。
圖 4- 26 線性漂移參數模擬實驗時地面控制點配置
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圖 4- 27 線性漂移參數模擬實驗時檢核點配置 二、實驗成果
本節實驗模擬資料實驗目的是確認以線性漂移參數能否克服 GPS 天線 至相機投影中心偏移量無法量測問題。實驗過程中，各觀測量僅加入隨機 誤差，並於 GPS 模擬觀測資料加入 GPS 天線至相機投影中心偏移量。理論 上若線性漂移參數可用以補償 GPS 天線至相機投影中心偏移量無法量測之 問題則平差後線性漂移誤差其常數項應接近模擬 GPS 天線至相機投影中心 偏移量，且乘數項應為 0。平差時理論上應可不用求解線性漂移誤差之乘數 項，但因軟體限制無法不求解之，因此平差時會一併求解線性漂移參數之 常數項及乘數項，此導致過度參數化，且因像點觀測量、地面控制點及 GPS 觀測量皆同時加入隨機誤差，解算時地面控制點僅 12 點，於求解過程不穩 定，使得平差後常數項解算達數公尺不等(見圖 4-28)，與模擬 GPS 天線至 相機投影中心偏移量 0.6 m、0.6 m、0.6 m 不相符。但僅 GPS 觀測量含隨機 誤差時，解算所得線性漂移參數其常數項(見圖 4-29)，較接近 GPS 天線至
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相機投影中心偏移量 0.6 m、0.6 m、0.6 m。
圖 4- 28 各觀測量皆加入隨機誤差解算之漂移附加差數常數項
圖 4- 29 僅 GPS 觀測量加入隨機誤差解算之漂移附加差數常數項 雖上述模擬實驗因過度參數化造成 GPS 天線至相機投影中心偏移量解 算不正確，但以 23 個地面檢核點檢驗空三平差精度來看，當未使用線性漂 移參數補償 GPS 天線至投影中心偏移量無法量測所引起之系統誤差，其空 三平差 RMSE 見表 4-9，在 E、N 方向 RMSE 約莫 0.70 m，相當於平面精 度 0.99 m，而高程精度則為 1.73 m。使用線性漂移參數後，將可補償此偏 移量無法量測所引起之系統誤差，同樣以 23 個地面檢核點其均方根誤差見 表 4-10，RMSE 在 E、N 方向精度提升至 0.55 m、0.54 m(其平面精度為 0.77 m)，高程精度則提升至 1.36 m，在 E、N、H 改善幅度達 22%、20%、21%。
表 4- 9 模擬資料 GPS 輔助 UAV 影像自率光束法均方根誤差 mode: no (單位：公尺)
E N h
RMSE 0.71 0.68 1.73
平面 高程
RMSE 0.99 1.73
表 4- 10 模擬資料 GPS 輔助 UAV 影像自率光束法均方根誤差 mode: drift (單位：公尺)