航線規劃方法

因應UAV航拍任務區面積的擴大，飛行計畫的航帶數大幅增加，

加上垂直航拍作業對於UAV於航帶轉換前後的飛行穩定性需求，以 及照相機拍照間隔指令對於飛行速度的計算等等，都使得飛行任務計 畫編寫的複雜度、難度亦跟著增加，原有的『無人載具任務規劃軟體 (UAV Mission Planner)』 (UAV -MP)軟體在處理此類大面積正射航拍 任務時，並無法有效降低使用者的負擔，因此針對正射航拍任務設計 了『正射航拍計畫計算機』軟體以輔助UAV-MP軟體快速編輯此類飛 行計畫。在這小節中,將會說明正射航拍計畫計算機的功能以及藉由 範例學習如何運用該軟體。在使用本計算機以前，使用者必須具備使 用UAV-MP以及Google Earth的基本技巧。

航拍計畫計算機的構成非常簡潔，只有兩個主要的視窗；分別是 1.設定需求視窗2.計算結果視窗。如圖5-4中與5-5所示。

圖 5-4 航拍計畫計算機畫面

圖 5-5 航拍計算機功能視窗配置

使用方式非常直覺，在需求設定視窗中填入航拍所需的相關設定 後，按下右下角之『編計畫』鍵即可產生計算出來之飛行計畫並顯示 於結果視窗。『存檔』鍵則能將計算結果儲存以供UAV-MP使用，同 時附有可一次將全體航帶一併調整的『旋轉』、『上移』跟『右移』

功能。

同時每一個欄位都寫有相對應的註解，只要將鼠標移到欄位上靜 置1秒鐘，對於該欄位填入數據的說明就會自動顯示出來，便於快速 掌握所需填入的數據以及該欄位所代表的意義。

下列將透過示範任務，說明如何由任務需求所給定的任務區中，

以航拍計畫計算機擬定航拍區之航帶飛行計畫，再透過UAV-MP軟體 編修為一完整飛行任務計畫，最後透過Google Earth檢視整個預畫航 線以確證飛行路線的安全性。

（1） 建立基本飛行計畫

（2）利用UAV-MP完成飛行計畫

（3）進階設定

（1）建立基本飛行計畫

在著手建立飛行計畫之前，使用者必須握有UAV起降點以及航拍 任務範圍資訊，最好準備已經寫入相關資訊的kml檔，如圖5-6一般明 確標示出UAV起降點及任務區，有助於快速掌握所需資訊。

圖 5-6 以 Google earth 顯示的 UAV 起降點及航拍任務範圍

圖 5-7 航拍計算機需求設定步驟

在計算機中，僅需要填入黃底的欄位，其他欄位會自動生成。規 劃飛行計畫的第一步是確定拍攝範圍。位於空拍點標示右側的三組經 緯度欄位，由上而下分別填入航拍範圍西北角、航拍範圍東南角以及 起降點的經度與緯度，空拍點標示下方的小欄位填入想要向外擴張的 範圍(單位為公尺)，假設航拍區南北及東西向長度各為3km，輸入200 即表示UAV設定之拍照範圍為3.4 x 3.4 km (兩側各外擴200公尺)，起 降點標示下方的小欄位為UAV起降場海拔高度設定，目標高標示右側 填入目標區之平均高度，目標高標示下方的兩個小欄位為海平面溫度 及海平面大氣壓設定，維持預設值即可。緩衝長標示右邊填入的是 UAV在進行航帶變換時所需要的緩衝帶長度，UAV進行180度航向變 換之後需要一段直線飛行以將飛行姿態穩定、同時提供姿態儀必要的 修正時間，在目前系統架構下以800(單位為公尺)為最小值。緩衝長標 示下方之小欄位為UAV在緩衝區飛行是否進行拍照，1為拍0為不拍。

空速欄設定UAV在航拍區中使用之飛行速度，最佳巡航速度會因不同 UAV機型而有差異，目前的UAV系統約為55(海里)。空速及半徑下面 的小欄位為轉彎時UAV滾轉角設定以及航帶變換時之繞圈數，保持預 設值即可。

接下來，需依據實際UAV搭載的相機由下拉式選單來設定，並輸 入該相機使用之鏡頭焦距。在此範例中使用500D相機搭配20mm鏡 頭。

在第三步驟中，需根據GSD 要求來設定離地高度(公尺)，解析度 (公分 GSD)之數據會跟隨離地高度與地面高度互相連動。依據任務條 件(高度限制或解析度需求)擇一輸入，另一方會自動計算出來，此範 例中我們以500D相機跟20公分 GSD需求輸入後得到851公尺之對地 高度設定。相片寬及相片高下方之小欄位為設定相片間之橫向(寬)及 縱向(高)重疊率%，通常狀況下50%及80%足夠一般航拍之拼圖需求。

在第四步驟中，要設定的是航線的方向與轉向規則，航向影響整 個航帶的走向(東西或南北向)，可以選擇讓UAV由0, 90, 180, 270 (北、東、南、西)四個方向進入航拍區，而轉向設定為UAV進入目標 區飛完一條航帶後下一條要往左(逆時針CCW)還是往右(順時針CW) 方向轉，用以決定之後航帶的排列方向，在此範例中我們以90度(由 西向東)進入航拍區並飛完第一條航帶後左轉(CCW)，表示下一條航 帶在左側（北方），即設定航帶為由南向北呈東西向排列，且UAV 由西南角以正東航向進入航拍區。

在第五個步驟中，使用者按下編計畫之後會如同圖 5-8之飛行計 畫，同時初步自動估算所需的相片數以及飛行所需的時間，此結果確 定無誤後點選存檔將飛行計畫輸出，即完成航拍任務區之航帶規劃，

可在UAV-MP軟體中繼續寫入往返任務區所需之航點，並依照UAV 起降場實際情形修正起降區航點。

圖 5-8 航拍計畫計算機解算之結果

（2）利用UAV-MP完成飛行計畫

航拍計畫計算機負責產生航拍區之飛行計畫，而UAV自起飛降場 至航拍區之間的往返航程，就需要靠UAV-MP軟體來規劃後續的作 業。

利用UAV-MP讀取上一步驟所輸出的飛行計畫檔，可得到如圖 5-9一般的結果，可以看到航點(WP)1為UAV剛起飛後之原場盤旋點，

WP2為航帶起點，兩者很單純的直接連結起來，而航帶結束的WP20 之後就沒有返回的航點了，因此我們在此必須依據UAV性能以及當地 的飛行需求增補往返所需的航點。

圖 5-9 UAV-MP 所讀取航拍計畫計算機之飛行計畫

在考量到UAV性能以及安全性的前提下，在原本WP1及WP2之間 插入一新航點，讓UAV在起降點爬升至目標高度900公尺之後再水平 飛往目標區，而在航帶結束的最後一個航點之後，再增加一個航點回 到起降場上空，並一路下降高度至回收高度，同時將飛行回收時間依 實際狀態再調整過，最後得到如圖 5-10一般之完整飛行計畫。

圖 5-10 編修完成之飛行計畫

將完成之飛行計畫透過UAV-MP之To KML輸出，即可產生此計 畫之kml檔，雙擊該檔案兩下開啟Google Earth之後即能顯示此飛行計 畫於三度空間中之航路規劃。

首先與之前航拍目標區及起降點之kml檔做比較，如果前面的操 作都正確的話會出現如圖 5-11一般的結果，飛行計畫的航帶將目標 區填滿且航帶轉換用的緩衝區(連接兩條航帶之間轉折的WP)皆分布 於設定之目標區外側。

最後旋轉Google Earth之視角，從多方面檢視整個飛行計畫如圖 5-12，確認飛行路徑上沒有地形衝突的疑慮，如果飛行路線位於山區 的話，也要確認飛行路徑與周遭有衝突可能的地形，保持至少300公 尺以上的安全距離。

在這個階段確證飛行計畫沒有安全上的疑慮之後，此計畫即可應 用於實際UAV操作之上。

圖 5-11 飛行計畫與航拍目標區(紅框)之比對

+

圖 5-12 飛行計畫之立體地形檢視

（3）進階設定

圖 5-13 非東西南北向之河道目標區

有的時候於航拍目標如圖 5-13 所示之河道目標區，並不是航拍 計畫計算機所提供的東西向或南北向航帶，此時需利用航拍計算機製 作暫定之東西(或南北)向航帶之後，透過軟體之旋轉鍵下方之欄位，

輸入航帶的轉向角度後點選旋轉。

在此範例之中我們直接引用在圖 5-10 所產生之原始飛行計畫，

原本航帶之朝向為90度，如圖5-14一般將旋轉角設定為-30度，然後按 下旋轉後，可從航向選單下面的小欄位確認現在的航帶航向已經由90 度減去30度改為60度。

圖 5-14 整體航帶旋轉及位移編輯功能

將計畫存檔後以UAV-MP開啟，可以直接從地圖上確認已經旋轉 的航帶，透過To KML將飛行計畫輸出後，與未旋轉之kml檔於Google Earth內比對可以看出航拍計畫計算機之旋轉功能對於飛行計畫的影 響(詳如圖5-15)。

圖 5-15 航帶旋轉前後之飛行計畫比較

除了旋轉以外，航拍計畫計算機亦提供目標區航帶平移的功能，

上移及右移分別調整目標區全體航帶向北及向東平移的幅度(單位為 公尺)，如果想要向南或向西平移的話輸入負數的數值即可。

需要注意的一點是旋轉、上移及右移功能鍵都屬於累計式功能，

代表如果使用者點了兩次上移1000，則整個航帶會向北平移兩次1000 公尺，即2公里的距離，同理若旋轉30度點了兩次則一共會旋轉60度，

操作次數一多可能容易造成判斷上的混亂，此時如果再點選一次編計 畫功能鍵，則所有旋轉及平移設定將被消去，回復成為一開始航拍計 畫計算機所產生的版本。這些功能可增加航拍計畫計算機在正射航拍 任務規劃上之彈性，使用者可以多加利用。

為瞭解 UAV 飛行性能以及品質管控，本團隊規劃每次航拍時需 填列工作表格，並設計軟體於航拍後現場立即以規劃飛行航線與取向 位置來分析航拍時航行軌跡、各項飛行姿態是否符合原規劃路徑並由 航拍時航行軌跡、各項飛行姿態計算影像重疊率是否符合要求。並且 當場製作檢核表格，確實達成任務後將各項紀錄及檢核表格送交國土 測繪中心。