位置差量(XL, YL, ZL)1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 1200 公尺，地面解析度為 60 公分，光譜率定波段數為 36 個(原廠建議)，航 帶重疊為 40%。詳細率定程序、內容以及成果請參照附件三所述。
4-2 飛航成果
本案之飛航時間為 102 年 7 月 23 日至 102 年 7 月 25 日，7 月 23 日執行 光達作業掃瞄，因礙於雲層關係僅完成部分航線掃瞄。7 月 24 日為高光譜掃 瞄架次，高光譜掃瞄完後，補掃瞄剩餘之航線。7 月 25 日為最後單一航線不 同掃瞄參數之飛行架次，並於當日完成所有飛航作業。
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，前處理作業流程如圖 4.1。
此 L 指儀器與載具之 level arm(sensor 之間的變異量)，後續率定報告亦為同樣說明。
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(檔案格式為.NDF、.IDX 及.DAT) (5) 原始資料依一定命名法則備份存檔。
2. LiDAR 掃瞄航跡 POS 解算
彙整地面 GPS 固定基站資料及以進行差分定位載體 POS (動態 GPS 及 IMU)資料，再搭配雷射回波測距資料，以進行軌跡解算，資料處理流程如圖 4.2。
圖 4.2 軌跡解算作業流程
以 POSMMS 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。最終將載體 IMU 記錄資料與所解算的 GPS 坐標 結合於三維航跡上，求解出 LiDAR 掃瞄時掃瞄儀之瞬間三維位置與姿態資訊 (POS)，一般稱為 Sbet (Smoothed best estimate of trajectory)飛航軌跡資料。
本案於 102 年 7 月 23 日至 7 月 25 日共計 3 天，完成飛航掃瞄作業，各 架次之作業時間如表 4.1 所示。表 4.2 與表 4.3 為本次測區之基站資訊與飛航 軌跡解算成果，可知其基站與飛行測區之最遠距離與平均距離皆在 20 km 內，
符合基站與飛行測區需在 20 km 之規範要求。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。
表 4.1 各飛航架次作業時間及地點
執行日期 飛航執行時間 使用基站 航線數 主要執行使用儀器
2013/07/23 07:55:26~11:09:46 GS64
GS67 18 Pegasus+WF
2013/07/24 08:43:21~11:47:56 GS64
GS67 39 CASI +Pegasus+WF
2013/07/25 07:17:30~10:23:27 GS64
GS67 10 Pegasus+WF
表 4.2 基站資訊
執行日期 基站點號 最大距離(km) 平均距離(km)
2013/07/23 GS64、GS67 12.659 5.655
2013/07/24 GS64、GS67 12.346 5.840
2013/07/25 GS64、GS67 14.757 6.583
表 4.3 飛航軌跡解算成果
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」以 100×100 平方公尺為範圍，統計每平方公尺之平均點雲 密度，並將平均密度分為大於 30/m2(綠色)，介於 10~30 點/m2(桃紅色)、小於 10 點/m2(淺藍色)區塊，點雲密度計算成果如圖 4.4 所示。檢查結果測試區平 均點雲密度為 10 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。
圖 4.3 測試區掃瞄成果點雲涵蓋圖
全區點雲密度 點雲密度區域放大圖 圖 4.4 測試區點雲密度計算成果圖
表 4.4 測試區飛航掃瞄成果統計表
測區 點數 點雲 資料作為測區主站，另於外圍選定 3 個已知控制點(WULU、GS07、GS42) 一併連測檢核，以計算 GPS 主站坐標及確保主站坐標之正確性，此五個測 站皆為每秒 1 筆的 24 小時連續觀測資料。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 4.5。
表 4.5 已知控制點及 GPS 主站一覽表
2 3/ 4415 .
398600 km s
GM = ，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18°C，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
L
3， 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 4.6 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30mm+6×10−6L(L 為基線長；單位為 mm)。
4-3.2 高程控制測量 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，在將掃瞄的坐標轉換到通用的地面
4-4.1 雷射掃瞄誤差來源及精度分析 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 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 4.7(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 4.7(b)所示。
(a) (b)
圖 4.7 (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 Match 功能進行航線 重疊處高程差異比對，其比對原理如圖 4.8 所示，利用航線點雲在重疊處與 另一條航線中最近點作搜尋，比對兩者的差異量。本案測區之成果如表 4.8 以及圖 4.9 所示。
圖 4.8 Measure Match 之比對原理
圖 4.9 測區重疊航帶與交叉航帶處之誤差分析
表 4.8 重疊航線處誤差分析表(粗體航線為交叉航帶)
4-4.2 航帶平差模式
TerraMatch 雷射航帶平差的演算法可參考 Burman(2000)，觀測方程式 如下：
(
lx ly lz)
T：雷射定位分量於測區各有 49 條之多。因此航帶重疊區域之點數達千萬之多，無法 將所有重疊測點視為觀測量進行平差處理，因此實務上將選取均勻 分佈於航帶間之觀測點，原則以選擇均勻的匹配區塊之大小及位置，
並選擇平坦之斜坡面，避免選擇複雜的地表(如水稻田、河溝及水池 等)
3. 將選擇之區塊視為航帶間連結之重疊區塊(Tie Surface)，利用重疊區 塊所有之地面對應點為匹配點如如圖 4.11 所示。
圖 4.11 (a)航線重疊區(b)於道路上選擇匹配區塊
4. 以 TerraMatch 軟體之 Find Match 功能決定欲求解之參數進行航帶平 差計算與改正。
5. 航帶平差成果評估。
4-4.3 航帶平差資料整合成果分析
由重疊處誤差分析結果可知原始測點之精度已符合雷射掃瞄測高精度，
然可知若不消除航帶間之尚存偏移量，則製作 DEM 時在重疊區將產生混淆。
因此利用航帶平差以獲得更準確及可靠之成果。表 4.9 為航線重疊處平差前 後差量表，以下圖 4.12 為本案航帶平差前後之成果評估。
表 4.9 測區航線重疊處平差前後差量統計表(粗體航線為交叉航帶)
航線 點數 平差前（單位:m） 平差後（單位:m）
圖 4.12 測區之航線重疊處平差前後平均誤差差量分析
4-5 光達資料與高光譜影像精度分析
由於光達與影像資料取得的時間與範圍有所差異，兩者空間坐標 可能存在些微的系統誤差，若要整合此兩種資料加以應用，必需將其 資料轉換至相同坐標系統與基準上(林耿帆等，2011)。在此種基準上，
光達資料與空載高光譜影像將經由相同坐標空間建立兩者的關係，以 利後續兩種資料之融合。
在此種幾何空間之轉換與不同資料套疊應用的精度檢驗上，本研 究使用真實外業地面控制點以比對兩種資料之幾何精度。本研究於測 區外業人員易到達之位置，與兩種地物或標示之交界進行量測(如圖 4.13)，以得到檢核點之坐標。並使用此外業檢核坐標於光達資料和高 光譜影像之位置比對，檢查其差量。
圖 4.13 光達與高光譜精度套和檢核點示意圖
由於過往在光達精度檢驗上，一般以高程資訊做為檢核標準，但 由於此次需同時考量高光譜影像，而影像通常又以平面精度作為檢核 方式，因此需考慮光達點雲之平面精度。Mass(2001)應用最小二乘共軛 點匹配法於不規則三角網結構，並以空載光達成果點雲中的高程資訊
及強度資訊作為輸入觀測量，分別計算高程及平面方向的偏移量。成 如：QuickBird、WorldView-1 及 GeoEye-1 分別為 23、6.5 及 2.5 公尺 (DigitalGlobe, 2008; GeoEye, 2009)。而 WorldView-1 及 GeoEye-1 宣稱 無地面控制的情況下，可以達到小於 10 公尺的誤差。顯示這些衛星影
何改正。而透過外業檢核點與實際影像之位置的距離差量，結果如表 4.11，高光譜影像之幾何精度約在 2 像元(pixel)以內，而光達之精度介 於 30-55 公分。顯示其兩者精度都在合理範圍內，因此在後續融合與應 1 216270.544 2578942.735 216271.093 2578942.902 -0.549 -0.167 2 216238.408 2578472.803 216238.876 2578472.559 -0.468 0.244 3 215891.086 2577580.377 215890.834 2577580.169 0.252 0.208 4 215898.225 2577560.861 215898.557 2577561.161 -0.332 -0.300 5 215862.958 2577313.351 215863.278 2577313.742 -0.320 -0.391 6 215803.224 2577198.764 215803.614 2577198.962 -0.390 -0.198 7 215805.399 2577196.469 215805.651 2577196.763 -0.252 -0.294 8 215171.482 2576985.692 215171.720 2576986.029 -0.238 -0.337 9 215177.19 2576980.683 215176.664 2576981.275 0.527 -0.445