移動遙測製圖系統的觀念可溯及 20 世紀初航空攝影測量之始，以飛機為平 台搭載相機，利用地面控制點及影像重疊共軛點量測反算影像方位，此種定位 方式稱為間接式定位(Indirect Geo-referencing)，此為移動遙測製圖系統的原始形 式。而自 1980 年代起隨著衛星定位技術之發展，從早期使用美國 GPS (Global Positioning System) 的 單 一 系 統 ， 接 下 來 伴 隨 俄 羅 斯 的 GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System)之發展提供早期多系統衛星定位技術之雛型，加上歐 洲發展中的 Galileo（Galileo Positioning System）與已於 2012 年底正式提供區域 性服務的北斗系統 BDS (BeiDou Navigation Satellite System)，衛星定位之精度與 幾何強度逐年提升。而航空攝影測量即透過結合多系統衛星動態定位技術，使 得求解影像方位的過程僅需少量控制點，如此可大幅節省外業人事成本與提升 作業效率。歐美的空間資訊工程相關研究機構於 1980 年代陸續提出來整合衛星 定位技術及數位相機的車載移動遙測技術(El-Sheimy, 1996)，但在此階段車載移 動遙測只侷限於可行性探討、雛型設計與系統整合及原型系統測試。但衛星定 位技術在市區、地下道、隧道、森林等地區仍然會受到訊號遮蔽的效應所影響，
一般來說，第一種狀況為使用者接收儀無法鎖定超過 4 顆衛星，故無法獲得定 位解；而第二種狀況為使用者雖鎖定超過 4 顆衛星，但其觀測量品質不佳，導 致定位精度不佳，如圖 1.5 所示。同時在空載系統之應用時亦常因劇烈的姿態變 化而導致衛星失鎖而無法獲得定位解之狀況。
圖 1.5 衛星訊號遮蔽的效應
早期的慣性導航技術皆是為符合軍事平台之需求所建立的，一直被視為敏 感度極高且受相關國家管制的導航系統，同時早期的 INS 使用機械環架式設計，
其精度高但體積龐大，因此無法應用於移動遙測製圖中，如圖 1.6 左所示。自 1980 年起，固裝式(Strapdown)慣性測量儀(Inertial Measurements Unit, IMU)之發 展因光學陀螺儀與石英加速度計技術發展普及而逐漸成為主流，這類慣性測量 (Autonomous navigation)(Titterton and Weston, 2004)，慣性導航技術具有高採樣頻 率及短時間內高精度之特性，所以可以被使用來解決衛星定位所遭遇諸如訊號
圖 1.7 INS 之誤差行為慣性測量儀之比較
整合式定位及定向系統能夠克服單一系統之缺點且提供更穩定的定位及定 向成果，故目前不管在軍用或民用的整合系統發展皆趨向於使用慣性導航及衛 星定位技術。主要的動機在於此二系統具有互補之特徵，衛星定位技術在無訊 號遮蔽的環境下可以提供穩定的定位及導航資訊，故它可用來減低慣性導航因 為積分加速度計及角速度之系統誤差所造成隨時間累積的定位誤差，對於高動 態運動的物體而言，衛星定位技術無法提供足夠的採樣頻率來追蹤載體的運 動。另外慣性導航技術可以提供衛星定位技術所無法提供的姿態參數。約於 1995 年前後，整合 INS 及 GNSS 的直接定位系統已經實現，並開始應用於飛機及汽 車移動遙測製圖平台，1996 年加拿大 Applanix 公司所發展的 POS 系列產品是第 一個商用的直接定位系統，圖 1.8 所示為直接定位技術的發展流程。
圖 1.8 直接定位技術之演進 IMU計算
得之位置 實際位置
誤差位置
失去衛星 訊號之始
失去衛星 訊號之末
如前所述，移動遙測製圖移動平台可以是衛星、飛機、直昇機、船舶、汽
1.2.1 車載移動製圖技術回顧與現況 大亞伯達省政府與卡加利大學(University of Calgary)共同發展 Alberta MHIS。早 期的車載移動製圖技術使用航位推算感測器，如陀螺儀(Gyroscopes)、加速度計 (Accelerometers)及里程計速器 (Odometer) 等，利用相對定位的原理求取定位 解。此時期所用的感測器多為類比式相機，所拍攝的照片詳實記錄公路設施的 狀況，提供維修單位即時的公路資訊。而此時期第二個代表性系統為美國俄亥 俄州立大學(The Ohio State University)製圖中心(Center for Mapping)研發車載移 動製圖系統，稱為 GPSVan。該系統使用 GPS 及里程計數器提供導航參數，該 系統主要感測器為兩部可動態連續拍攝立體像對的相機，透過近景攝影測量的 原 理 可 獲 得 特 徵 物 的 三 維 空 間 坐 標 ， 其 定 位 精 度 界 於 0.3 至 3 公 尺 間 (Grejner-Brzezinska, 2001)。
後 INS 時代的代表系統為加拿大卡加利大學所研發的 VISAT 系列，該校投 入車載移動製圖技術的研發已將近 30 年，首先於 1993 年順利將 INS/GPS 系統 整合至 Alberta MHIS 中並發展出第一代的遙測技術架構，稱為 VISAT Van 第一 代(Shin, 2005)。接下來提出的 VISAT 第二代整合了 INS/GPS、里程計數器、彩 色 CCD 相機、攝影機等完整架構(El-Shiemy, 1996)。這套系統為全球首度引入 使用環型雷射陀螺儀(Ring Laser Gyroscope, RLG)之導航等級 INS(陀螺飄移
<0.01 度/小時)之系統，其定位精度為 0.1 至 1 公尺。該系統具備可調式攝影間
GNSS2010 年會發表並獲得最佳論文獎。本團隊自行研發了包含多元感測器系統
1.2.2 個人攜行製圖技術回顧與現況
個人攜行移動製圖技術的發展可追溯自 2000 年代初期，加拿大卡加立大學 空間資訊工程系發展出輕量且低成本之個人攜行移動製圖系統之原型，在相機 與待測物距離維持 30 公尺之條件下，該系統無控制點平面直接定位精度為約為 20 公分，高程精度約為 10 公分。系統硬體成本在新台幣 50 萬元以下，本原型 只使用數位磁羅盤而非使用慣性測量系統提供姿態訊息，唯數位磁羅盤在都市 地區易受磁場干擾而呈現不穩狀態，未來宜以慣性測量儀取而代之以提供更穩 定之姿態訊息(Ellum, 2001)。個人攜帶式製圖系統尤其有利於災區之測量，於第 一時間以人員攜帶系統進入災區蒐集空間資訊，以有效達到災損評估及災區域 監控之目的。圖 1.10 所示為 Trimble 所發展的室內移動製圖系統(Trimble Indoor Mobile Mapping Solution)，此系統搭載光達、全景相機、慣性測量儀與輪速計；
因本系統強調室內製圖之應用，所以就不搭載 GNSS 接收機。
圖 1.10 Trimble 的室內製圖系統(摘自 https://www.trimble.com)
隨著移動測繪系統的發展，相機、GPS 接收儀、INS 等等被整合至各種的 平 台 上 ， 大 部 分 的 移 動 測 繪 系 統 會 選 擇 運 輸 載 具 ， 例 如 車 子 做 為 其 平 台 (El-Sheimy, 1996)，更方便地沿路收集資料，這些所蒐集到的影像序列或是環景 影像可以用來進行移動物體與交通號誌的偵測(Sun et al., 2008; 任志恆，2011)，
或 是 道 路 邊 界 線 萃 取 (Li, 2009) 等 應 用 。 行 人 攜 帶 的 後 背 式 移 動 測 繪 系 統 (Backpacked Mobile Mapping System, BMMS) (Ellum, 2001)，則可提升移動測繪 系統的可攜性與便利性，使其能應用在崎嶇地形、森林地區、狹窄巷弄等車子
無法進入的地區。
可攜式移動測繪系統(Portable Panoramic Image Mapping System, PPIMS)配 備 8 部高解析度單眼相機(曾義星 et al., 2014)，以環狀的排列的方式固定於平 台，平台上設置同時曝光機制，使得 8 幅同時成像的影像可構成環場全景影像。
然而，架設多個測站後會產生大量的影像以供使用者觀看和量測，觀測者不易 於大量影像中找尋目標。因此，本研究將同一測站的多張影像合併為一球形環 景影像(Spherical Panorama Image, SPI)，利用此球形環景影像來進行測繪。
應用 PPIMS 於地物點定位的流程包含了系統率定、環景影像產製、外方位
Dahlberg, 2014)，其中也包含了地籍測量界址點的量測。
圖 1.11 Trimble V10 Imaging Rover
1.2.3 穿戴式移動製圖系統回顧與現況
在室內導航技術的蓬勃發展下，穿戴或手持裝置的定位精度有顯著的提 升，並隨著各式各樣的微機電感測器成本與體積逐漸下降，加上一般手持裝置 皆搭載有相機或錄像影機的功能，因此許多室內導航研究中，也開始利用影像 與深度感測器，甚至光達等儀器來輔助導航應用。然而影像成果在室內應用上，
多半為輔助導航，大部份研究皆未探討將定位成果用於災情獲取上。頭盔式的 室內導航技術(Beauregard, 2006)，將慣性感測器與 GPS 天線放置於頭盔上，利 用行人航位推算演算法來達到室外與室內的無縫式定位效果，如圖 1.12 所示。
在以頭盔為平台的研究方面(Bretschneider et al., 2006)，則有探討頭戴式的顯示器 對於消防員的用途，裝置如圖 1.13 所示。在原本頭盔上，加裝攝影機或是相機，
甚至是熱感應儀器來協助救災活動。此擴增實境的顯示應用與導航輔助上，可 以影像上量測或者偵測到的特徵點來進行定位與姿態的輔助(Menozzi et al., 2014)，將影像點坐標透過載台本身的內外方位參數轉換為大地坐標系統，並透 過影像匹配來輔助定位。
圖 1.12 頭盔式穿戴裝置(Beauregard, 2006)
圖 1.13 頭戴式的顯示器(Bretschneider et al., 2006)
此外，國外研究也提到以身體不同部位為載台的成果，如以體軀幹為核心 的定位感測系統 (Langer et al., 2012)，如圖 1.14。此套系統同樣搭載有慣性原件 外，更有光達與相機為影像輔助，來開發相關定位演算法。前述提到的系統中，
皆為整合在同一載台上，國外研究中也有提到將各感測器分開放置來確保成果 穩定性(El-Mokni and Govaers, 2011; Bernoulli et al., 2011)，將定位演算法著重在 足攜式的行人航位推算(Pedestrian Dead Reckoning, PDR)，如圖 1.15 左所示，為 分散式定位系統，利用將 IMU 放置於腳上來實現足攜式航位推算演算法外，更 將光達與另一 IMU 放置於頭頂，用於輔助計算更精確的航向。而圖 1.15 右所示 為配戴微型電腦並加裝錄像影機於肩膀上協助定位與收集圖資等資訊。
圖 1.14 背包式穿戴儀器(Langer et al., 2012)
圖 1.15 分散式穿戴儀器(El-Mokni and Govaers, 2011; Bernoulli et al., 2011)
近來穿戴與手持裝置的發展，智慧型手機廣大的全球市場開始吸引中國與 其他中低階智慧手機廠商的加入，打破了過去台美韓主導的高階智慧型手機市 場，使得智慧型手機市場正式進入百家爭鳴的時代(江凱偉 et al., 2014; Blodget et al., 2012)。如此的競爭可以預期高階智慧手機的系統規格與硬體性能也將在維持 穩定售價的前提下持續地推陳出新，而中低階價位的智慧型手機其性能也在逐
近來穿戴與手持裝置的發展，智慧型手機廣大的全球市場開始吸引中國與 其他中低階智慧手機廠商的加入，打破了過去台美韓主導的高階智慧型手機市 場，使得智慧型手機市場正式進入百家爭鳴的時代(江凱偉 et al., 2014; Blodget et al., 2012)。如此的競爭可以預期高階智慧手機的系統規格與硬體性能也將在維持 穩定售價的前提下持續地推陳出新，而中低階價位的智慧型手機其性能也在逐