UAV GNSS PPK 軌跡求解

本研究透過動態後處理解算部分成果，見圖 4- 38 其平面精準度約為 1 公分，

高程精準度約為 3 公分。

圖 4- 38 小油坑動態後處理部分成果

以時間為鏈結，將 UAV 飛行軌跡與熱像儀取像時間相對應後得到每張 熱像拍照瞬間對應之 GNSS 觀測量坐標，如圖 4- 39。

圖 4- 39 影像編號與其對應之 GNSS 觀測量坐標

然 PPK 所求得之 GNSS 觀測量成果為每秒十筆，但礙於 UAV 所記錄取像 時間最小單位為整數秒，因此比照指南溪實驗區將整秒區間內十筆資料取 平均，但每十筆所求得之標準差相較於指南溪實驗區大了很多，圖 4- 40 顯 示每筆 GNSS 觀測量標準差的分布，在 X、Y、Z 方向標準標均值為 19 公 分、 14 公分以及 8 公分，其標準差分別為 17 公分、14 公分、12 公分。

由下圖可明顯看出有不少熱像對應之 GNSS 觀測量之各軸標準差都在 50 公 分以上。而透過記錄於 UAV 上風速(見圖 4- 41)可知，外業當天平均之陣風 都在 10 到 11 級風左右，相比之下指南溪平均僅約 8 級風。圖 4- 41 中反黑 之資料即是圖 4- 40 中第 123 筆觀測量，其 Z 值標準差為最大者，說明陣風 確實會影響定位成果。由此數據可知當天山區天氣之惡劣性，其成果也影 響後續空三平差成果。

圖 4- 40 各透視中心十筆 GNSS 觀測量之標準差

圖 4- 41 小油坑 UAV 航拍之各項數據紀錄

同樣比照指南溪實驗區，小油坑實驗區也進行 GNSS 觀測量相機透視 中心偏移之歸算，部分成果如下圖 4- 42 所示，透過較差所算出之空間距離 說明歸算的正確性。

張數 公尺

圖 4- 42 小油坑實驗區 GNSS 觀測量歸算前後各方向較差與空間距離

四、 Pix4Dmapper 光束法空三平差

將影像及其透視中心坐標、地控點與檢核點資料匯入至 Pix4Dmapper 執行光束法空三平差，結果如下圖 4- 43 所示：

圖 4- 43 小油坑空三平差檢核點精度

X、Y、Z 軸 RMSE 分別為 1.29m、1.27m 以及 6.50m，相當平面精度為

五、 誤匹配點剔除

小油坑實驗區使用三焦張量以 RANSAC 進行誤匹配點剔除時，其相關 參數與閥值設定皆與與指南溪實驗區相同，評估三焦張量效益的方式也與 指南溪相同，原始連結點總共有 25,982 筆像點觀測量，直接將其匯入軟體 ORIMA 空三平差後剩下 20508 筆像點觀測量。而剩下經過三焦張量模式之 RANSAC 除錯後剩下 15956 筆觀測量，和未經三焦張量模式之 RANSAC 除錯之像點作比較，其中有 10550 筆像點觀測量是相同的，因此三焦張量 參數作為初始值，待誤匹配點剔除後，再執行 in-flight camera calibration 自 率光束法進行最後的空三平差解算。然因當天陣風強勁使得 GNSS 觀測量 精度不佳，將先排除不佳的 GNSS 觀測量，僅拿 GNSS 觀測量之三方向標 準差低於 20 公分之觀測量輔助空三平差，共計 87 筆，如下圖所示。

圖 4- 44 十筆觀測量之標準差三方向均低於 20 公分之 GNSS 觀測量分佈 與指南溪實驗區相同，小油坑實驗區也先以 Pix4Dmapper 所計算出來 的外方位參數作為初始值，接著將經過三焦張量模式之 RANSAC 除錯後的 剩餘像點匯入 IMAGINE Photogrammetry 2015 的外掛平差軟體 ORIMA 空 三平差之後做為基本資料，分別以實驗區外側四點純地控、FCS 觀測量(X、

Y、Z 方向精度都設為 5 米)輔助、歸算前 GNSS 觀測量(GNSS 觀測量未歸 算至相機透視中心，X、Y 方向精度為各張影像之十筆 GNSS 觀測量標準差 加上 0.2m，Z 方向精度為各張影像之十筆 GNSS 觀測量標準差加上 0.25m)，

以及歸算後 GNSS 觀測量(GNSS 觀測量歸算至相機透視中心，X、Y、Z 方 向精度為各張影像之十筆 GNSS 觀測量標準差)輔助，共四組數據來比較空 三平差之成果。

表 4- 15 小油坑實驗區四種空三平差成果比較

平面精度(m) 0.71 1.98 3.52 3.87 當大的影響。這導致使用 In-Flight camera calibration 自率光束法進行空三平 差時其平面精度雖略有提升，但高程精度卻降低甚多，如表 4- 16 所示。此 外，比較無 GNSS 輔助且只使用四控制點之情形下，其空三成果平面和高 程精度，執行 In-Flight camera calibration 自率光束法的空三平差變得更差，

觀察其網形(見圖 4-45)，發現網形強度並不差，由此推論，熱像像點匹配的 精度影響自率光束法空三平差之成果。

表 4- 16 小油坑實驗區執行 In-Flight camera calibration 自率光束法四種空三 平差結果比較

機之像主點偏移量很大， x0與 y0分別為-1.0127 mm, 2.1812 mm，如下表 表 4- 18 執行 In-Flight camera calibration 自率光束法之四種空三平差結果觀

測量精度比較(三檢核點)

圖 4- 45 完成平差解算後網形 表 4- 19 巨哥 XM6 自率光束法率定成果

焦距 25.2824 mm

像主點偏移量(x0, y0) -1.0127 mm, 2.1812 mm 輻射畸變差 K1 -0.413E-03

輻射畸變差 K2 -0.160E-05 輻射畸變差 K3 0.121E-07

而雖然在整體三點檢核點的平面與高程精度成果較五點檢核點來的好，

但由於僅用三點檢核，成果僅供初步檢核，因此將會在 DSM 和正射影像的 檢核中作一較全面之檢核。

七、 產製數值溫度表面模型

如 同 指 南 溪 實 驗 區 ， 完 成 空 三 後 的 成 果 繼 續 使 用 IMAGINE Photogrammetry 2015 中的 eATE 軟體生成密點雲接著產製 DSM 以及正射鑲 嵌熱影像，如圖 4- 46 與圖 4- 47，DSM 以及正射影像之網格大小皆為 14 公分。

圖 4- 46 小油坑實驗區熱像所產製之 DSM

析工具 Minus，將空載光達 DSM 和熱像產製之 DSM 相減，其成果如圖 4- 48。

圖 4- 48 光達 DSM 與熱影像 DSM 相減較差顯示

由上圖可知道，於小油坑核心區域熱影像 DSM 較光達 DSM 來的高，

較差約在 1m 到-3m 間；而位於實驗區外圍則是熱影像較光達 DSM 來的低，

較差約在 1m 至 5m 以上。而核心區域與外圍之交界剛好是淡黃色區域所位 於的範圍，因此可看出熱影像所產製出之 DSM 呈現內高外低的變化，用於 檢核之空載光達 DSM 為四年前的資料，，且實驗區外圍草木叢生，或許可 以從此成果中推測，四年前的植物長的較 2016 年來的高。而有許多地方呈 現色彩交雜，即高差變化大，推測是由於本實驗的 DSM 成果未經過平滑化 有關，進一步量化如下表 4- 20 所示。由下表可知±1m 佔整體實驗區的

地方大多集中在核心實驗區域。且圖 4- 49 中不易變動區域的路面，較差則 是在±1m 間。

圖 4- 49 小油坑不易變動區標示圖(框線處)

表 4- 20 空載光達 DSM 與熱像產製 DSM 相減較差量化表

區間名稱 網格數量(個) 百分比

小於-5m 1847 2.34%

-5m 到-3m 4325 5.49%

-3m 到-2m 5366 6.81%

-2m 到-1m 4794 6.09%

-1m 到 1m 8302 10.54%

1m 到 2m 5526 7.01%

小油坑實驗區正射熱像成果如下，其檢核方式利用既有可見光影像立體 觀測量測五點(見圖 4- 50)做為檢核點檢核結果如下表 4- 21。

圖 4- 50 小油坑正射影像檢核點分佈 表 4- 21 小油坑正射檢核點較差

點號

1

2

3

4

5

RMSE

由上表可看出其位置較差都在 50 至 70 公分左右，正射熱像平面精度約 為 61 公分，比空三平差成果相比要好很多。而進一步觀察可發現檢核點的 點位分佈都在地控點中，(見下圖 4-50)，

圖 4- 51 正射影像檢核點(紅色)與地控點(黃色)分佈

經由 DSM 所生成之正射熱影像，透過反解法將正射熱像解析度換算成 原始熱像對應之地面解析度，且將影像內之灰階值替換成巨哥 XM6 熱像儀 所記錄之溫度值資料，如圖 4- 52 所示。

圖 4- 52 將溫度資訊匯入之溫度熱影像(上)，紅圈內像元的局部溫度值(下) 最後將所有成果皆匯入至 Arc GIS 作套疊展示，其成果如圖 4- 53 所示，

以滑鼠游標點擊影像上任一處(圖中紅點)，即能顯示其坐標(圖中紅色框)以 及溫度資訊(圖中綠色框)。