第四章 研究內容
第一節 UAS 空拍作業
一、 控制點布標及航線規劃
於研究區均勻布設 14 個全控點(GCP)供產製正射影像，其分 布如圖 26 所示。並將其中 AA02、AA03、AA05、AA06、AA07、AA08、
AA09、AA10、AA14、GLE8 等 10 個全控點固定，另外 AA04、AA11、
AA12、AA13 等 4 個全控點放開當地真檢核點使用並產製正射影像。
另於研究區選擇 AA02、AA05、AA07、AA14、GLE8 等5 個均勻 分布之全控點(GCP)固定之其分布如圖 27 所示，另外將 AA03、AA04、
AA06、AA08、AA09、AA10、AA11、AA12、AA13 等 9 個全控點放開當 地真檢核點使用，產製另一正射影像供成本與工時分析使用，其目 的為評估少量之全控點(5 點)，產製正射鑲嵌影像並研究是否可以 符合精度需求，並評估可行方案除了可以快速獲取經界物圖資外，
同時又可以節省外業作業之時程。
(一)、 控制點布標
以自製航測標依白色標線漆十字布標對稱方式為原則，規格 為翼寬 15CM、翼長 30CM、間格為 10CM，如圖 25 所示。
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圖25 自製航測標規格圖
資料來源：本研究繪製
圖26 全控點(14 個 GCP)航測標分布圖
資料來源：本研究繪製
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圖27 全控點(固定 5 個 GCP)航測標分布圖
資料來源：本研究繪製
(二)、 航線規劃
為取得UAS 作業所需的空拍攝影影像，事先由 Pix4Dcapture規 劃空照任務的飛行航線軌跡位置，使用一般S 型的航線設計，使能 涵蓋整個研究區為原則，如圖 28 所示。
本研究區坐落於地勢起伏不大之平坦地區，一般航測採用60%
的前後重疊、30%的左右重疊即可，但若於地勢起伏較大的區域，
則前後、左右重疊均應增加(何維信，1995)，故本研究以較嚴謹之 80%覆蓋率來進行空拍，實際取得原始航拍影像具有地理定位共 314 張，涵蓋面積30.2056 公頃、飛行時間 16 分 30 秒、飛行相對高度
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100 公尺、採用垂直攝影方式、影像覆蓋率 80%、地面解析度 GSD 為2.74 cm / px。
圖28 Pix4Dcapture 航線規劃示意圖
資料來源：本研究繪製
圖29 Pix4Dcapture 航線規劃相關參數設定圖
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圖30 Pix4Dmapper 光雲介面拍攝影像涵蓋區域圖
資料來源：本研究繪製
二、 進行航拍任務
本次空拍符合「地籍測量實施規則」第112 條 : 航空攝影測量 應在天氣晴朗、能見度佳，並在上午10 時至下午 2 時之間施測為原 則。
UAS 空拍使用設備及說明，如表 3 所示：
表3 UAS 空拍使用設備及說明表
空拍日期：2017 年 7 月 8 日 上午 10:49 地區名稱：桃園市中壢區月眉段
天氣：晴朗
航 高：相對 100 公尺 航線數：1 影像覆蓋率: 80%
上升下降速度：3 m/s 航 速：12 m/s 飛行架次 : 1
設備名稱 數量 備註
DJI Phantom 4 Pro 1 UAS 無人機
控制器 1
無人機電池 3
htc 手機 1
連接線 1 控制器連接htc 手機
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圖31 UAS 空拍攝影動向圖
資料來源：本研究繪製
三、 地面控制點(GCP)測量
本區共布設 14 個全控點(GCP)，以能均勻分布整個研究區為原 則，測量時以國土測繪中心 e-GNSS 即時動態定位系統為依據，其坐 標系統採用 e-GNSS[2017]系統，使用 Trimble R2 衛星接收儀施測，
全控點坐標表如表 5 所示。
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表4 VBS-RTK 即時動態衛星測量觀測精度規範
項目 作業規定與精度要求
使用儀器
具備RTK 功能之 L1、L2 雙頻衛星接收儀，
動態定位精度至少應符合：水平分量 10mm+1ppm、垂直分量 20mm+1ppm
資料記錄速率 1Hz，每秒連續記錄坐標成果
資料記錄筆數 每測回記錄固定解至少180 筆以上
成果品質控制（QC 值）設定 平面分量<0.002m；高程分量<0.005m
點位觀測重複率 100%，2 測回至少須間隔 60 分鐘
資料來源：虛擬基準站即時動態定位技術辦理加密控制及圖根測量作業手冊
圖32 Trimble R2 衛星接收儀與 Leica tcrp 1201 全站儀
資料來源：本研究使用設備
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表 5 全控點坐標表 e-GNSS[2017]系統
全控點坐標表
序號 點號
e-GNSS[2017]系統
正高 H 備註 縱坐標 N 橫坐標 E
1 AA02 2767323.380 269702.321 54.237 航測標 2 AA03 2767229.556 269729.434 55.799 航測標 3 AA04 2767092.551 269774.038 57.422 航測標 4 AA05 2766977.737 269764.389 58.379 航測標 5 AA06 2766962.949 269645.856 61.282 航測標 6 AA07 2767112.968 269588.093 61.478 航測標 7 AA08 2767098.492 269455.488 62.038 航測標 8 AA09 2766922.212 269490.970 62.795 航測標 9 AA10 2767224.347 269431.195 59.025 航測標 10 AA11 2767351.122 269406.012 56.86 航測標 11 AA12 2767208.531 269633.398 59.622 航測標 12 AA13 2767104.232 269658.702 61.681 航測標 13 AA14 2767370.258 269504.598 57.259 航測標 14 GLE8 2767061.915 269357.371 61.389 航測標
資料來源：本研究實地測量
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四、 空中三角測量及質量分析
初始化處理前須先載入本研究區 314 幅影像，並於載入後之影 像屬性編輯中設定影像初始坐標為 WGS84 系統，其後匯入本研究 區14 個地面控制點，並於影像中標定各地面控制點位置，並由軟體 以自率光束法區域平差解算透鏡畸變差值。
初始化處理階段：進行特徵萃取以及匹配與執行自動空中三角 測量及區域光束法平差，並計算相機曝光中心之內外方位參數確切 資料。本次研究分別以 10 及 5 個全控點個別處理，並將產製後之影 像做精度分析，以驗證是否可以用較少的全控點布設，亦可以得到 相當精度的正射影像，可進一步用於土地複丈使用，影像全控點標 定如圖34、35 所示。
(一)、 內業影像處理
影像處理軟體Pix4Dmapper 計算流程步驟包含：
1. 初始化處理：(1)特徵點之萃取與匹配；(2)執行空中自動三角測 量AAT 及自率光束法區域平差，計算相機曝光中心之內外方位 參數確切資料。
2. 點雲與三角網格：(1)利用計算後之相機曝光中心於物空間之位 置參數資料，以前方交會法計算匹配點三維之坐標形成三維點 雲；(2)將匹配點做內插計算以形成不規則三角網，並採用密集
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匹配技術(Dense Matching)來增加不規則三角網空間之解析力，
以獲得數值地表模型(DSM, Digital Surface Model) ，加密三維點 雲如圖33 所示。
3. 正攝影像鑲嵌為在 DSM 上投影圖像，用產製真實正射影像圖 (True Orthoimage)。
圖33 研究區加密三維點雲圖
資料來源：本研究繪製
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AA02 AA05
AA07 AA14
圖34 影像全控點標定圖(一)
GLE8 全控點(選取 5 個 GCP)航測標分布圖
圖35 影像全控點標定圖(二)
資料來源：本研究繪製
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(二)、 品質分析
表6 以 5 及 10 個全控點初始化處理分析比較表
項 目 以 5 個全控點初始化處理
後其質量分析
以 10 個全控點初始化處理 後其質量分析
校準圖像數量 314 幅 (100%) 314 幅 (100%) 地面解析度 GSD 2.74 cm / px 2.74 cm / px
覆蓋區域 30.2056 公頃 30.2056 公頃
平均 RMS 誤差 0.007m 0.014m
1. 計算影像/ GCP /手動連結點位置分析
初始（藍點）和計算（綠點）影像位置之間的偏移以及
俯 視圖
（XY 平面）中 GCP 初始位置（藍色十字）與其計算位置（綠色十字）之間的偏移量，
前視圖
（XZ 平面）和側視圖
（YZ 平面）圖36 計算影像/ GCP /手動連結點位置分析
資料來源：本研究繪製 俯視圖
前視圖
側視圖
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2. 重疊影像數量分析
針對正射影像的每個像素計算重疊影像的數量。紅色和黃 色區域表示低重疊，可能會產生不良結果。綠色區域表示每個 像素超過 5 張圖像的重疊。只要關鍵點匹配的數量也足夠用於 這些區域，就會生成良好質量的結果。
圖37 重疊影像數量分析圖
資料來源：本研究繪製
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3. 關鍵點匹配分析
在匹配影像之間鏈接的影像計算位置(俯視圖)，其鏈接的 黑暗度指示影像之間匹配的二維關鍵點的數量，明亮的鏈接表 示薄弱的鏈接，需要綁定點或更多影像。
圖38 關鍵點匹配分析圖
資料來源：本研究繪製
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Hardware
CPU: Intel(R) Core(TM) i9-8950HK CPU @ 2.90GHz RAM:
32GB
GPU: NVIDIAGeForce RTX2080 (Driver: 25.21.14.1749)
Operating System Windows 10 Home, 64-bit
Camera Model Name FC6310_8.8_5472x3648(cec04c643119f414126c7e493c8aa090) (RGB)
Image Coordinate System WGS84 (egm96)
Ground Control Point (GCP) Coordinate System TWD97 / TM2 zone 121 (egm96)
Output Coordinate System TWD97 / TM2 zone 121 (egm96) Keypoints Image Scale Full, Image Scale: 1
Advanced: Matching Image Pairs Aerial Grid or Corridor
Advanced: Matching Strategy Use Geometrically Verified Matching: no Advanced: Keypoint Extraction Targeted Number of Keypoints: Automatic
Advanced: Calibration Calibration Method: Standard, Internal Parameters Optimization: All, External Parameters Optimization: All, Rematch: yes
Internal Parameters Optimization: All, External Parameters Optimization:
All, Rematch: yes
GCP Name Accuracy XY/Z [m]
Projection Error [pixel]
Mean [m]
-0.000109 0.000523 0.000526
Sigma [m]0.006296 0.012391 0.003632
RMS Error [m]0.006296 0.012402 0.003670
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五、 數值地表模型
以前方交會法計算匹配點三維之坐標形成三維點雲，並將匹配 點做內插之計算形成不規則之三角網，並採用密集匹配技術(Dense Matching)來增加不規則三角網空間之解析力，以獲得數值地表模型 (DSM, Digital Surface Model) 。
圖39 Pix4dMapper 點雲與三角網格處理選項
圖40 Pix4dMapper 點雲加密與三角網格(光雲介面)圖
資料來源：本研究繪製
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六、 產製正射影像鑲嵌
正射影像鑲嵌：正射影像為了將高差位移糾正回地表面在 DEM 上投影影像，用以製作真實正射鑲嵌影像(True Orthoimage)。
圖41 正射影像鑲嵌圖(一)
圖42 正射影像鑲嵌圖(二)
資料來源：本研究繪製
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圖43 正射影像鑲嵌圖(三)
圖44 正射影像鑲嵌圖(四)
資料來源：本研究繪製
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圖45 正射影像鑲嵌圖(五)
圖46 正射影像鑲嵌圖(六)
資料來源：本研究繪製
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