與方向差量(Roll, Pitch, Heading)之幾何偏移量。
本案高光譜儀幾何率定方式以及率定場地乃依照原廠建議進行作
業。率定場挑選原則以地形平坦區域為主，故本團隊以臺中市市區作 為率定場地點，率定作業之航線設計為南北向 5 條航線及東西向 2 條 航線，其中飛航高度為 1450 公尺，地面解析度為 70 公分，光譜率定 波段數為 36 個(原廠建議)，左右重疊為 60%。詳細率定程序、內容以 及成果請參照附件四所述。
4-2 飛航成果
空載 LiDAR 資料前處理作業包括原始資料整理備份、飛航掃瞄航 跡 POS 解算及 LiDAR 原始點雲產出。雷射掃瞄資料作業流程如圖 4.1。
圖 4.1 空載雷射掃瞄資料作業流程 1. 資料整理備份
(1) 蒐集彙整地面 GPS 固定基站資料。
(2) 下載 LiDAR 載體動態 GPS 與 IMU 資料。
(3) 下載 LiDAR 掃瞄原始資料，並依航線日期分類。
(4) 下載 LiDAR 掃瞄全波型原始資料(.NDF、.IDX 及.DAT 資料)
(5) 原始資料依一定命名法則備份存檔。
2. LiDAR 掃瞄中心航跡 POS 解算
彙整地面 GPS 固定基站資料及載體 POS (GPS、IMU)資料，再搭 配雷射掃瞄回波測距資料，以進行後續解算，資料後處理圖 4.2。
圖 4.2 點雲解算產製處理流程
以 POSGPS 軟體將地面 GPS 主站資料及 ALTM 系統之 GPS 資料 進行結合，過程中需輸入地面 GPS 主站之坐標值，設定相關參數應用 如 C/A Code、L1 相位值及是否利用 L2 載波處理電離層效應後，以動 態差分原理求解 LiDAR 掃瞄儀航跡之精確三維坐標，其正向解與反向 解差異應達一定之標準。
火山地區全波形空載光達與正射影像掃瞄作業於 101 年 8 月 14 日 完成飛航掃瞄任務；集水區於 9 月 2 日完成飛航掃瞄任務。高光譜飛 航掃瞄部分，火山區於 101 年 9 月 5 日完成飛航掃瞄任務，集水區則 為 9 月 13 日完成飛航掃瞄。各架次之作業區域及時間如表 4.1，基站 統計資訊如表 4.2，飛航軌跡解算成果統計如表 4.3。解算後之光達點 雲資料，將產出符合 ASPRS 公布之光達資料規格，並分別儲存成 LAS 1.2 與 LAS 1.3 格式。
度狀況。由圖 4.3 與圖 4.4 即分別展示各測區之空載光達掃瞄航線、空
101/08/14 2.33/1.81
N：0.008 N：0.002
E：0.007 E：0.002
H：0.017 H：0.004
101/09/02 3.01/2.32
N：0.007 N：0.003
E：0.008 E：0.002
H：0.016 H：0.005
101/09/05 2.28/1.92
N：0.011 N：0.002
E：0.010 E：0.002
H：0.014 H：0.004
101/09/13 3.39/2.88
N：0.011 N：0.003
E：0.012 E：0.004
H：0.026 H：0.007
火山區
水庫集水區-B 測試區
圖 4.3 測試區全波空載光達掃瞄航線圖(儀器：Optech Pegasus HD400)
火山區
水庫集水區-B 測試區
圖 4.4 測試區空載高光譜儀掃瞄航線圖(儀器：ITRES CASI 1500) 各測試區航帶點雲涵蓋示意圖陳列於圖 4.5，圖中顯示為不同顏色 所展繪之不同航帶分布狀況。因此，由航帶位置圖成果可知，初始點 雲成果於各條航帶上皆均勻分布。各條航帶之光達點數統計結果如表
4.4 所示。每條航線原始點雲產出後須逐條檢驗資料品質，包括點雲密 度、不合理點雲以及重疊區點雲高程之內部經度檢核等。經由本團隊 於 100 年度自行開發之「光達測繪品質檢驗工具程式」計算各條航帶 之點雲密度後顯示，測區平均點雲密度為 2 pts/m2以上，符合本案之規 格需求。而航帶側向重疊率為 50%以上，各條航帶重疊狀況可參照圖 4.6。
火山區
水庫集水區-B 測試區
圖 4.5 測試區掃瞄成果點雲涵蓋圖
表 4.4 火山區及水庫集水區飛航掃瞄成果統計表
火山區 水庫集水區-B 測試區
點數 備註 點數 備註
1 38,657,443 27,204,147 2 39,789,704 27,818,886 3 47,761,850 30,246,210 4 14,135,230 29,009,741 5 40,138,168 28,455,356 6 45,961,716 25,895,599 7 36,708,477 32,747,713 8 31,674,349 30,571,352 9 47,855,032 31,235,728 10 19,956,362 30,900,538 11 37,814,992 26,964,270 12 24,812,909 交叉航帶 28,728,686 13 13,522,705 交叉航帶 25,848,203 14 15,949,203 24,812,262 15 12,136,965 29,534,115 16 10,589,247 20,230,300 17 12,083,108 15,603,304 18 16,812,683 16,085,637 19 14,244,414 23,681,993 20 13,842,317 22,691,756 21 43,591,344 34,400,512
22 18,976,895
23 11,906,079
24 26,720,663
25 13,949,802 交叉航帶
26 21,777,787 交叉航帶
總航線數 21 26
總點數 578,038,218 655,997,534
火山區 水庫集水區-B 測試區 圖 4.6 測試區光達掃瞄位置圖
4-2.1 平面控制測量
為配合測試區 LiDAR 及高光譜飛航作業，本次地面控制主站均為 GPS 連續站，分別在火山區、水庫集水區測試區各選定 2 個 GPS 連續 站作為地面主站，另於外圍各選擇 3 個已知控制點一併連測檢核，以 確保 GPS 主站坐標之正確性或計算 GPS 主站坐標。各測區使用之已知 控制點及 GPS 主站詳列於表 4.5，其分布情形參照圖 4.7、圖 4.8。
表 4.5 已知控制點及 GPS 主站一覽表
測區 等級 點名 點號 備註
火山區
衛星追蹤站 陽明山 YMSM 測區主站 一等衛星控制點 大鵬國小 GS09
一等衛星控制點 石門 SHMN
一等衛星控制點 金山 TSHI 測區主站 一等衛星控制點 萬里 WANL
水庫集水區 -B 測試區
衛星追蹤站 霧鹿 WULU 一等衛星控制點 培英國小 GS07 一等衛星控制點 東原國中 GS42
GPS 連續站 里佳國小 GS64 測區主站 GPS 連續站 新美國小 GS67 測區主站
圖 4.7 火山區平面控制點分布圖
圖 4.8 水庫集水區-B 測試區平面控制點分布圖
使用之坐標系統採內政部公告之一九九七坐標系統之 2010 年成 果(簡稱：TWD97【2010】)，檢測方式為同時申請 2012 年 6 月 15 日 的資料，利用 Bernese 軟體計算其成果，其計算流程參照圖 4.9，相關 參數設定如下：
1. 極運動改正：採用 IERS(International Earth Rotation Service)公布值 (C04_****.erp；****表西元年)，將 UTC 與 UT1 之差值加以修正之，
並將坐標值由瞬間之極坐標系修正至 J2000 平均極(CIO)坐標系上。
2. 引 力 位 模 式 ： 採 用 GEM-T3(8 × 8) ， 其 中 ； C210.17109 ，
9 21 1.1910
S ，GM 398600.4415km3/s2，日、月引力及地球固體潮 (solidearthtide)也加以考慮。
3. 對流層折射改正：棌用 Hopfield 模式(Hopfield, 1971)，以海平面標 準氣象資料，溫度18C，相對溼度 50%，大氣壓力 1013.25mbar，
推求各測站的對流層改正起始值，並引用大氣資料進行對流層折射
影響量的改正參數。以各測站每 2 小時增加 1 個參數之方式，加以 吸收殘留的對流層折射誤差。
4. 計算時採用仰角 10 度以上的觀測資料，此乃為避免在低仰角觀測時 伴隨的較大雜訊(noise and multipath)所造成之影響。
5. 整數週波未定值求解過程，乃先利用實數解求得一精確之坐標(或利 用以前計算過之坐標值)，然後採用 QIF(Quasi Ionosphere-Free)方法，
求得L1和L2的整數週波未定值，再組成無電離層(ionosphere free)效 應觀測量L3，並將解得L1和L2的整數週波未定值代入無電離層效應 之觀測方程式中，開始求解其餘各未知參數。
圖 4.9 Bernese 軟體計算流程圖
接著檢核計算後之成果其坐標是否符合國土測繪法加密控制測量 之精度，其與公告之 TWD97【2010】坐標反算之成果應符合以下要求：
1. 基線水平分量差值應小於等於30mm6106L(L 為基線長；單位為
mm)。
表 4.7 GPS 主站坐標一覽表
測區 點號 緯度 經度 橢球高(m)
火山區 YMSM N 25°09'56.56579" E 121°34'26.61073" 784.046 TSHI N 25°15'24.88755" E 121°37'57.95677" 50.346 水庫集水區
-B 測試區
GS64 N 23°24'19.77138" E 120°43'11.64614" 1105.987 GS67 N 23°20'16.93194" E 120°40'59.47255" 600.386
4-2.2 高程控制測量 Zephyr Geodetic 天線盤)，將短距離的 GPS 橢球高差視為其正高差，以 推算 GPS 主站之正高。
兩個測區分別於 2012 年 8 月 31(火山區測試區：TSHIA)及 9 月 1 日(水庫集水區測試區：GS67A)進行 GPS 外業觀測(圖 4.10、圖 4.11)，
其觀測結果同樣利用 Bernese 軟體計算，求得 TSHI-TSHIA 橢球高差為 13.173 m，GS67-GS67A 橢球高差為 7.197 m。
圖 4.10 TSHIA 外業觀測情形 圖 4.11 GS67A 外業觀測情形
對各測區副點 A 的正高，其高程採用 TWVD2001 系統，並分別檢 測測區附近任 2 個一等水準點(表 4.8)，經檢核無誤後再以直接水準方 式引測至測區。各測區水準路線參照圖 4.12、圖 4.13。
表 4.8 檢測之水準點一覽表
測區 等級 點名 點號
火山區
一等水準點 草里 2025
一等水準點 清水 2026
水庫集水區
一等水準點 水寮 3173
一等水準點 大埔橋 3174
圖 4.12 火山區水準路線圖
圖 4.13 水庫集水區-B 測試區水準路線圖
直接水準使用 Zeiss Dini®12 電子精密水準儀施測，施測流程參照 圖 4.14，採用之規範係依國土測繪法加密控制測量之規範，其測段往 返閉合差應小於 8mm√K(K 為水準路線長度之公里數)，其檢測已知點 高程差亦應小於 8mm√K。
圖 4.14 直接水準測量作業流程圖 3174 GS67A 14611.93 303.77424 14645.17 -303.77586 303.77505 14628.55 -1.62 0.42
表 4.10 已知水準點檢測成果一覽表
最終依照水準測量及前述 GPS 施測結果，可分別推算二測區主站 正高分別為火山區測試區 TSHI：30.261 m；水庫集水區測試區 GS67：
576.109 m。 帶間不需太多重疊，因此在效率上能比傳統測量更高(Baltsavias, 1999;
史天元等，2002)。然而空載雷射掃瞄儀的架構使用相當多的輔助單元， 掃瞄角)定位，因此雷射掃瞄光束之空間方位誤差(Orientation Error)將 直接影響雷射點之精度，造成不同航帶在重疊區域同一點之平面坐標 和高程有差異。為使得後續數值高程模型能具有高精度之特性，將利 用航帶間同一地物之不符值(Discrepancy)建立之數學模式進行航帶平 差，平差之觀測量為同一地物之高程值，通過最小二乘法平差後將可 求得航帶間參數模型之參數值，進而改正每條航帶之雷射點坐標。
4-3.1 雷射掃瞄誤差來源及精度分析
1. 空載雷射掃瞄資料處理
ALTM 系統需利用 Optech 公司的 Dashmap 軟體進行雷射點資料解 算得三維坐標值。此三維坐標之雷射點雲即可進行後續應用處理。
ALTM 利用多回波(Multiple Echoes)的觀測值，可同時測得地表及地表 上方之覆蓋物，所得掃瞄點將分布於覆蓋物頂層及地表間，原始雷射 測點數據為不規則離散測點，製作數值地表模型(DSM)時可採用第一個 回波反射數據組成 DSM 規則網格，至於數值高程模型(DEM)的製作，
則採用最後的回波值，然而此回波值不一定是地表測點，需處理濾除 與分類的步驟，將測點分類成地面點與非地面測點。本公司目前使用 商業軟體 TerraScan 處理雷射測點數據的濾除與分類，並輔以後處理與 品管之工具，進行檢核與視覺製圖檢視等品管流程。然而就高精度的
在平面誤差多大於 50 cm~1 m，高程誤差也達 20 cm(Baltsavias, 1999)，
通常藉由 CAD 圖檔套疊雷射點資料可檢視平面偏移量，如圖 4.15(a) 所示。而高程上之偏移亦可由兩相鄰航帶之斑駁看出其存在差異，如 圖 4.15(b)所示。
(a) (b)
圖 4.15 (a)雷射點套疊向量圖顯示平面偏移(b)航帶間差異量形成斑駁 因此在雷射點雲解算後，需經資料檢核的方式來確定資料的正確 性。主要分為內部精度分析與外部精度分析。內部精度分析採用航帶 間重疊區之資料，利用彼此高程之差異量來檢視；而外部精度分析則 是將已知的地面控制點比對雷射點資料所表現的地形趨勢面，視其兩 者間之差異。
內部精度分析：內部精度即代表航帶間精度。其利用多條航帶重 疊處組成之 TIN 進行高程差異的比對，以獲取航帶間的差異性。本分 析目的為獲致航帶間是否存在有未率定之系統誤差以確保資料之精度，
並需進行重疊航帶誤差分析與交叉航帶誤差分析。實際作業上，為更 精確的獲得航線間之精度分析結果，利用 TerraMatch 軟體之 Measure
並需進行重疊航帶誤差分析與交叉航帶誤差分析。實際作業上，為更 精確的獲得航線間之精度分析結果，利用 TerraMatch 軟體之 Measure