摘要

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摘要

「發展無人飛行載具航拍技術作業」案為「測繪科技發展後續計畫」工作項目之一，係 4 年期（100～103 年）之延續型計畫，主要工作項目為建置無人飛行載具系統（Unmanned Aircraft System，以下簡稱 UAS）、購置航拍影像處理軟硬體設備、辦理 UAS 航拍作業、

研擬 UAS 航拍及影像處理標準作業流程、製作快速幾何糾正鑲嵌影像、正射影像供各項應用參考及局部測繪局部區域圖資更新。

102 年度工作項目，以國土測繪中心之 UAS 與作業流程及規範為基礎，針對現有系統設計必須強化之處，提出適用於 UAS 之 GNSS/

IMU 整合式導航定位定向系統，用以輔助空中三角計算，以期加速產製正射影像作業，及以國土測繪中心 e-GPS 定位技術進行輔助 UAS 航拍影像之自率光束法空中三角測量平差試驗。並針對相機率定方式對空中三角測量精度之影響進行探討與分析。同時進一步發展適用於 UAS 之直接地理定位技術，在有效縮短影像幾何鑲嵌校正作業時間的同時，提高幾何校正成果精度。

關鍵字：無人飛行載具系統、整合式導航定位定向系統、e-GPS 定位技術、相機率定、直接地理定位技術

Abstract

This project "Development of UAS aerial mapping technology "is based on a four-year founding from National Science Council. Works of the project are building UAS (Unmanned Aircraft System) and standard operation procedures of aerial photogrammetric using UAS. The main purpose of this project is using of UAS as a platform to collect spatial information, evaluating of aerial image processing software and hardware.

In 2013, we develop GNSS / IMU integrated navigation positioning and orientation system for UAS based on NLSC existing UAS operation procedures, which can speed up the aerial triangulation calculations, and accelerate orthophoto production. Using e-GPS technology of NLSC assisted bundle adjustment with self-calibration of the UAS aerial images.

We also analyze the effects of camera calibration methods on the accuracy of aerial triangulation. And further develop UAS direct geo-referencing technology to shorten operating time of image geometric correction, while improving the accuracy of geometric correction.

Keywords : Unmanned Aircraft System, Position and Orientation System, e-GPS, Camera calibration, Direct Georeference

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(3)

|目錄 I

目錄

目錄 ... I 圖目錄 ... III 表目錄 ... IX

第壹章前言... 1

第貳章作業規劃、工作項目及內容 ... 2

第一節工作項目 ... 2

第二節工作時程及成果交付 ... 4

第三節作業規劃 ... 6

第四節 UAS 航拍規劃與作業流程說明 ... 12

第五節空中三角測量及正射影像製作作業規劃 ... 25

第六節成果檢核 ... 31

第七節緊急災害應變及國土監測變異分析作業 ... 36

第参章國外各類 UAS 應用案例 ... 40

第肆章 UAS 航拍任務執行及影像處理作業 ... 46

第一節花蓮縣秀林鄉（台 8 線 181.4K） ... 50

第二節桃園縣龜山鄉（機場捷運 A7 站週邊） ... 53

第三節臺南市七股區（台 61 線） ... 57

第四節臺南市七股區（台江國家公園） ... 62

第五節臺南市安南區 ... 69

第六節彰化縣伸港鄉 ... 74

第七節屏東縣里港鄉 ... 79

第八節嘉義縣阿里山鄉與番路鄉 ... 84

第九節屏東縣滿州鄉與臺東縣大武鄉 ... 95

第十節南投縣南投市（航遙感應器系統測校正場） ... 106

第十一節南沙中洲礁 ... 112

第伍章 e-GPS 技術輔助空三測量、相機率定方式對空三精度影響與直接地理定位試驗 ... 116

第一節 e-GPS 技術輔助自率光束法空中三角測量平差試驗 ... 116

(4)

II 目錄 |

第二節相機率定方式對空中三角測量精度之影響 ... 117

第三節直接地理定位試驗 ... 122

第陸章 POS 系統研發設計與即時影像傳輸優化規劃之優規事項 131 第一節 POS 系統研發設計 ... 131

第二節即時影像傳輸優化規劃 ... 133

第柒章教育訓練 ... 138

第捌章結論與檢討建議 ... 143

第一節結論 ... 143

第二節建議 ... 144

參考文獻 ... 146

縮寫符號一覽表 ... 147

附錄 ... 149

附錄一正射影像自我檢核紀錄表與成果檢查表 ... 149

附錄二教育訓練簽到簿與學員意見調查表 ... 214

附錄三需求訪談會議紀錄 ... 230

附錄四每月工作會議紀錄 ... 231

附錄五第 1 階段工作計畫書審查紀錄與意見回覆表 ... 237

附錄六工作總報告書審查紀錄與意見回覆表 ... 242

附錄七相機及鏡頭率定報告 ... 252

附錄八任務執行紀錄 ... 277

附錄九研討會論文題目與摘要 ... 335

(5)

|圖目錄 III

圖目錄

圖2-1 專案執行進度甘特圖 ... 5

圖2-2 國土測繪一號定翼型 UAS ... 6

圖2-3 國土測繪一號 UAS 系統架構 ... 7

圖2-4 Sky Arrow 55 UAS ... 8

圖2-5 多旋翼型 UAS ... 10

圖2-6 多旋翼機 POS 系統原型設計 ... 11

圖2-7 IMU(ADIS16405)與 GPS(LEA-6T)模組 ... 11

圖2-8 UAS 航拍工作標準作業流程規劃 ... 12

圖2-9 UAS 操作使用程序標準作業流程 ... 13

圖2-10 委託空拍申請表及委託空拍空域審核建議表 ... 16

圖2-11 UAS 飛行任務勤前提示單 ... 18

圖2-12 UAS 飛行前檢查卡 ... 19

圖2-13 UAS 航拍任務執行紀錄 ... 21

圖2-14 航線規劃示意圖 ... 22

圖2-15 S 模式航線範例圖 ... 23

圖2-16 Z 模式航線範例圖 ... 23

圖2-17 O 模式航線範例圖 ... 23

圖2-18 UAS 品保流程 ... 24

圖2-19 選取後測控制點位置範例 ... 25

圖2-20 自然點選設現場照片 ... 25

圖2-21 空中三角測量示意圖 ... 26

圖2-22 弱匹配區手動加點列表示意圖 ... 27

圖2-23 像片網形連結範例圖 ... 27

圖2-24 製作彩色無縫正射影像鑲嵌流程圖 ... 29

圖2-25 正射影像糾正示意圖 ... 29

圖2-26 ImageStation Orthopro 空三資料 ... 30

圖2-27 ImageStation OrthoproDEM 資料 ... 30

(6)

IV 圖目錄 |

圖2-28 空三網形與統計圖 ... 33

圖2-29 直方圖兩端明度突然停止 ... 34

圖2-30 快速拼接處理流程圖 ... 36

圖2-31 Orthomosaic 程式主畫面 ... 37

圖2-32 正射校正示意圖 ... 37

圖2-33 影像正射糾正功能設定 ... 38

圖2-34 影像拼接功能設定 ... 38

圖2-35 靜態全景拼接影像成果範例 ... 39

圖2-36 動態 720 度 VR 虛擬實境展示畫面 ... 39

圖 3-1 葡萄牙 Spin.Works S-20 微型 UAS (T. Hormigoa and J. Araújoa,2013) ... 40

圖3-3 以電動四旋翼 UAS (md4-1000 microdrones, Germany)搭載磁 力計 (Johannes B. Stoll, 2013) ... 41

圖 3-4 (a) 輕量化的資料記錄器模組 (b) 三軸磁力計與記憶卡 (Johannes B. Stoll, 2013) ... 41

圖3-5 剩餘磁力區之示意圖(Johannes B. Stoll, 2013) ... 42

圖3-6 德國 PAMS UAS 載具 (Germap, 2012). ... 43

圖3-6 空三連結點分布與影像像主點 (E. Gülch, 2012) ... 43

圖4-1 102 年度航拍任務區域分布 ... 47

圖4-2 花蓮縣秀林鄉緊急航拍任務規劃點位 ... 50

圖4-3 現場崩塌狀況 ... 51

圖4-4 旋翼機現場作業情形 ... 51

圖4-5 與該工務段段長確認拍攝成果 ... 51

圖4-6 邊坡崩塌區域側拍拼接影像 ... 52

圖4-7 邊坡崩塌區域環景展示 ... 52

圖4-8 桃園縣龜山鄉飛行航線規劃 ... 53

圖4-9 桃園縣龜山鄉 UAS 影像分布圖 ... 54

圖4-10 桃園縣龜山鄉控制點分布圖 ... 55

圖4-11 桃園縣龜山鄉空三網型圖 ... 55

(7)

|圖目錄 V

圖4-12 桃園縣龜山鄉 A7 正射鑲嵌影像成果 ... 56

圖4-13 臺南市七股區台 61 線飛行航線規劃 ... 57

圖4-14 臺南市七股區台 61 線任務區天氣晴朗 ... 58

圖4-15 臺南市七股區台 61 線 UAS 影像分布圖 ... 58

圖4-16 臺南市七股區台 61 線控制點/檢核點分布圖 ... 59

圖4-17 臺南市七股區台 61 線空三網型圖 ... 60

圖4-18 臺南市七股區台 61 線正射鑲嵌影像成果 ... 61

圖4-19 臺南市七股區台江國家公園飛行航線規劃 ... 62

圖4-20 臺南市七股區台江國家公園 UAS 影像分布圖 ... 63

圖4-21 臺南市七股區台江國家公園控制點/檢核點分布圖 ... 64

圖4-22 臺南市七股區台江國家公園空三網型圖 ... 65

圖4-23 臺南市七股區台江國家公園正射鑲嵌影像成果 ... 66

圖4-24 因水體造成航線銜接破洞 ... 67

圖4-25 修正不同航帶間影像色差 ... 68

圖4-26 臺南市安南區飛行航線規劃 ... 69

圖4-27 臺南市安南區 UAS 影像分布圖 ... 70

圖4-28 臺南市安南區控制點/檢核點分布圖 ... 71

圖4-29 臺南市安南區空三網型圖 ... 72

圖4-30 臺南市安南區正射鑲嵌影像成果 ... 73

圖4-31 彰化縣伸港鄉飛行航線規劃 ... 74

圖4-32 彰化縣伸港鄉任務區天氣晴朗無雲 ... 75

圖4-33 彰化縣伸港鄉 UAS 影像分布圖 ... 75

圖4-34 彰化縣伸港鄉控制點/檢核點分布圖 ... 76

圖4-35 彰化縣伸港鄉空三網型圖 ... 77

圖4-36 彰化縣伸港鄉正射鑲嵌影像成果 ... 78

圖4-37 屏東縣里港鄉飛行航線規劃 ... 79

圖4-38 屏東縣里港鄉於 9/5 天氣較佳 ... 80

圖4-39 屏東縣里港鄉 UAS 影像分布圖 ... 81

圖4-40 屏東縣里港鄉控制點/檢核點分布圖 ... 81

(8)

VI 圖目錄 |

圖4-41 屏東縣里港鄉空三網型圖 ... 82

圖4-42 屏東縣里港鄉正射鑲嵌影像成果 ... 83

圖4-43 嘉義縣阿里山鄉飛行航線規劃 ... 85

圖4-44 嘉義縣番路鄉飛行航線規劃 ... 85

圖4-45 阿里山鄉樂野楓紅重建社區旋翼機作業情形 ... 86

圖4-46 番路鄉逐鹿重建社區旋翼機作業情形 ... 86

圖4-47 阿里山鄉樂野楓紅 UAS 影像分布圖 ... 87

圖4-48 番路鄉逐鹿 UAS 影像分布圖 ... 87

圖4-49 嘉義縣阿里山鄉控制點/檢核點分布圖 ... 88

圖4-50 嘉義縣番路鄉控制點/檢核點分布圖 ... 88

圖4-51 嘉義縣阿里山鄉空三網型圖 ... 89

圖4-52 嘉義縣番路鄉空三網型圖 ... 90

圖4-53 重建區作業範圍圖資更新流程 ... 91

圖4-54 嘉義縣阿里山鄉正射鑲嵌影像成果 ... 91

圖4-55 嘉義縣番路鄉正射鑲嵌影像成果 ... 92

圖4-56 更新阿里山鄉原有災區基本圖(95194023)影像 ... 93

圖4-57 更新番路鄉原有災區基本圖(95194018)影像 ... 93

圖4-58 更新阿里山鄉基本圖向量圖層 ... 94

圖4-59 更新番路鄉基本圖向量圖層 ... 94

圖4-60 屏東縣滿州鄉飛行航線規劃 ... 96

圖4-61 臺東縣大武鄉飛行航線規劃 ... 96

圖4-62 臺東縣大武鄉重建區現地情形 ... 97

圖4-63 屏東縣滿州鄉 UAS 影像分布圖 ... 98

圖4-64 臺東縣大武鄉 UAS 影像分布圖 ... 98

圖4-65 屏東縣滿州鄉控制點/檢核點分布圖 ... 99

圖4-66 臺東縣大武鄉控制點/檢核點分布圖 ... 100

圖4-67 屏東縣滿州鄉空三網型圖 ... 100

圖4-68 臺東縣大武鄉空三網型圖 ... 101

圖4-69 屏東縣滿州鄉正射鑲嵌影像成果 ... 102

(9)

|圖目錄 VII

圖4-70 臺東縣大武鄉正射鑲嵌影像成果 ... 103

圖4-71 更新屏東縣滿州鄉原有災區基本圖(95172055)影像 ... 104

圖4-72 更新台東縣大武鄉原有災區基本圖(95171017)影像 ... 104

圖4-73 更新屏東縣滿州鄉基本圖向量圖層 ... 105

圖4-74 更新臺東縣大武鄉鄉基本圖向量圖 ... 105

圖4-75 南崗工業區航測攝影機校正場位置圖 ... 106

圖4-76 南崗校正場南北向飛行航線規劃 ... 107

圖4-77 任務起降場地與校正場天氣情況，有薄霾 ... 107

圖4-78 南崗校正場 UAS 影像像主點分布圖 ... 108

圖4-79 南崗校正場控制點/檢核點分布圖 ... 109

圖4-80 南崗校正場空三網型圖 ... 110

圖4-81 南崗校正場正射鑲嵌影像成果 ... 111

圖4-82 南沙中洲礁航拍飛行航線規劃 ... 113

圖4-83 東沙島航拍飛行航線規劃 ... 113

圖4-84 太平島任務區天氣狀況，天氣陰，且雲層偏低 ... 114

圖4-85 以吊籃運送多旋翼 UAS 登島，但風勢過大無法拍攝 ... 114

圖4-86 東沙島及周邊天氣陰雨，無法進行航拍 ... 115

圖4-87 於東沙機場勘查 ... 115

圖 5-1 自率光束法空三平差地面控制點數目與檢核點誤差之關係圖 ... 116

圖5-2 相機室內率定場 ... 117

圖5-3 屏東里港實驗測試區域 ... 124

圖5-4 實驗區飛行軌跡 ... 124

圖5-5 實驗區快門拍攝情形 ... 125

圖5-6 外方位參數率定成果 ... 125

圖5-7 直接地理定位程式介面 ... 126

圖 5-8 後處理 VRS 輔助多元感測器整合定位定向演算法(江凱 偉,2011) ... 128

圖5-9 實體主站與虛擬主站分布位置 ... 129

(10)

VIII 圖目錄 |

圖6-1 ADIS-16488 IMU 規格 ... 131

圖6-2 EVK-6T GPS 規格 ... 131

圖6-3 POS 系統(ADIS-16488+EVK-6T)示意圖 ... 132

圖6-4 GPS 模組與 ADIS-16488 IMU 模組含記錄器 ... 132

圖6-5 類比即時影像傳輸架構圖 ... 133

圖6-6 地面數位通訊設備架設圖（使用全向天線） ... 136

圖6-7 UAS 數位通訊設備圖 ... 136

圖6-8 天線場型圖 ... 137

圖7-1 同仁聆聽進階影像操作處理室內課程 ... 141

圖7-2 進行旋翼型 UAS 操作室內講解 ... 142

圖7-3 帶領同仁進行旋翼型 UAS 飛行操作實習 ... 142

(11)

|表目錄 IX

表目錄

表2-1 各階段檢核點交付成果說明 ... 4

表2-2 國土測繪一號系統特色 ... 7

表2-3 國土測繪一號載具規格表 ... 7

表2-4 SkyArrow 55 UAS 載具規格表 ... 8

表2-5 Sky Arrow55 UAS 載具特色 ... 9

表2-6 多旋翼型 UAS 規格表 ... 10

表2-7 航空攝影規劃範例 ... 22

表2-8 可靠度指標 ... 27

表2-9 正射影像自我檢核表 ... 35

表3-1 國外應用案例相關資訊 ... 45

表4-1 102 年度航拍作業區域彙整表 ... 46

表4-2 全區成果一覽表 ... 48

表4-3 花蓮縣秀林鄉任務執行概況 ... 50

表4-4 桃園縣龜山鄉任務執行概況 ... 53

表4-5 桃園縣龜山鄉空三計算精度表 ... 56

表4-6 臺南市七股區台 61 線任務執行概況 ... 57

表4-7 臺南市七股區台 61 線空三計算精度表 ... 60

表4-8 臺南市七股區台江國家公園任務執行概況 ... 62

表4-9 臺南市七股區台江國家公園空三計算精度表 ... 65

表4-10 臺南市安南區任務執行概況 ... 69

表4-11 臺南市安南區空三計算精度表 ... 71

表4-12 彰化縣伸港鄉任務執行概況 ... 74

表4-13 彰化縣伸港鄉空三計算精度表 ... 77

表4-14 屏東縣里港鄉任務執行概況 ... 79

表4-15 屏東縣里港鄉空三計算精度表 ... 82

表4-16 嘉義縣阿里山鄉任務執行概況 ... 84

表4-17 嘉義縣番路鄉任務執行概況 ... 84

(12)

X 表目錄 |

表4-18 嘉義縣阿里山鄉空三計算精度表 ... 89

表4-19 嘉義縣番路鄉空三計算精度表 ... 89

表4-20 屏東縣滿州鄉任務執行概況 ... 95

表4-21 臺東縣大武鄉任務執行概況 ... 95

表4-22 屏東縣滿州鄉空三計算精度表 ... 99

表4-23 臺東縣大武鄉空三計算精度表 ... 99

表4-24 南崗校正場任務執行概況 ... 106

表4-25 南崗校正場空中三角測量可靠度指標計算表 ... 109

表4-26 南崗校正場空三計算精度表 ... 110

表4-27 南沙中洲礁任務執行概況 ... 112

表4-28 東沙群島任務執行概況 ... 112

表5-1 相機內方位參數率定成果 ... 118

表5-2 矯正變形方向示意圖 ... 118

表5-3 自率光束法空三平差率定成果 ... 121

表5-4 比較室內與室外率定參數之空三成果數據 ... 122

表5-5 (左)固定臂(右)軸角率定成果 ... 126

表5-6 直接地理定位成果 ... 127

表5-7 南崗校正場影像外方位資料較差統計 ... 127

表5-8 VRS、RTK、PPP 直接地理定位成果 ... 130

表6-1 類比即時影像傳輸設備及軟體 ... 133

表6-2 類比與數位傳輸方式之比較分析 ... 134

表6-3 即時影像傳輸設備替換對照 ... 134

表6-4 即時影像傳輸設備規格表 ... 137

表7-1 UAS 操作與航拍課程時數規劃 ... 138

表7-2 UAS 操作與航拍課程配當表 ... 139

表7-3 影像處理操作教育訓練課程時數規劃 ... 140

表7-4 影像處理操作教育訓練課程配當表 ... 140

(13)

|第壹章前言 1

第壹章前言

「發展無人飛行載具航拍技術作業」案（以下簡稱本案）為「測繪科技發展後續計畫」工作項目之一，係 4 年期（100～103 年）之延續型計畫，主要工作項目為建置無人飛行載具系統（Unmanned Aircraft System，以下簡稱 UAS）、購置航拍影像處理軟硬體設備、辦理 UAS 航拍作業、研擬 UAS 航拍及影像處理標準作業流程、製作快速幾何糾正鑲嵌影像、正射影像供各項應用參考及局部測繪局部區域圖資更新，輔助國家經濟發展。本案主要目的為運用 UAS 作為蒐集空間資訊的平台，利用無人飛行載具自動化、精確、快速、安全與大範圍的特性，配合經過整體規劃的航拍程序，建立一種可以快速取得特定地點地理資訊之創新流程以藉此引進新測繪技術，應用於國土利用規劃、民生建設及防救災等領域，兼顧環保與輔助經濟發展，達到國土永續經營目標並供各界運用。

內政部國土測繪中心（以下簡稱國土測繪中心）於 100 年度作業完成建置 1 套定翼型 UAS 及 5 區航拍與影像處理作業，101 年度完成 15 區航拍與影像處理作業、影像處理軟體整合作業及 UAS 航拍作業規範研擬。102 年度，本案將持續蒐集國外各項 UAS 應用案例，

與進行 10 區航拍與影像處理作業，以及航遙測感應器系統校正場航拍作業，將使國家 UAS 技術發展與加值應用更臻成熟之境。

針對 102 年度工作項目，本團隊將以國土測繪中心已建置之 UAS 與作業流程及規範為基礎，針對現有系統設計必須強化之處，提出適用於 UAS 之 GNSS/ IMU 整合式導航定位定向系統，用以輔助空中三角計算，以期加速產製正射影像作業，及以國土測繪中心 e-GPS 定位技術進行輔助 UAS 航拍影像之自率光束法空中三角測量平差試驗。

有鑑於 UAS 搭載非量測型數位相機，為能提高後續測繪精度，本團隊並針對相機率定方式對空中三角測量精度之影響進行探討與分析。

同時進一步發展適用於 UAS 之直接地理定位技術，在有效縮短快速幾何鑲嵌校正作業時間的同時，提高幾何校正精度。

(14)

2 第貳章作業規劃、工作項目及內容|

第貳章作業規劃、工作項目及內容

第一節工作項目

一、需求訪談：於需求規格書規範期限內（決標次日起 20 日內），

針對國土測繪中心進行需求訪談並作成會議紀錄送交國土測繪中心。

二、蒐集近 2 年國外（包含歐、美、中國大陸等地區）各類 UAS 相關應用案例（不限製圖領域）與影像處理軟硬體資料案例，

蒐集案例應至少 3 例以上。

三、 UAS 航拍及影像處理作業：

（一）緊急災害應變及國土變異監測作業

配合國土測繪中心緊急災害應變或國土變異監測相關需求，

選定區域辦理航拍作業，並製作快速幾何糾正鑲嵌影像（或環景拼接影像）繳交國土測繪中心。緊急災害應變應於航拍完成後 24 小時內繳交原始影像，48 小時內繳交快速幾何糾正鑲嵌影像成果。

（二）正射影像測製作業

配合國土測繪中心選定區域辦理航拍、空中三角測量及製作正射影像成果，正射影像解析度（地元尺寸）需達 25 公分以內，

成果精度應達基本地形圖測製規範要求。另應於航拍完成 14 日內繳交原始影像、空中三角測量及正射影像成果至本中心，相關影像成果繳交不得逾各階段作業期限。

（三）航遙測感應器系統校正場航拍作業

配合國土測繪中心「102 年度建立航遙測感應器系統校正作業案」進行航拍作業，並將航拍原始影像、空中三角測量、正射影像等成果送交國土測繪中心。航拍時需利用國土測繪中心 e-GPS 定位技術進行輔助 UAS 航拍影像之自率光束法空中三角測量平差試驗，比較影像處理效率與成果精度。另針對相機率定方式對空中三角測量精度之影響進行探討與分析。

(15)

|第貳章作業規劃、工作項目及內容 3

四、於本案執行期間，無償提供定翼型及旋翼型（或多旋翼型）UAS 至少各 1 套（含酬載相機）備用，以因應緊急或特定航拍需求。

五、辦理教育訓練：提出本案教育訓練計畫，送國土測繪中心審定合格後辦理 2 梯次教育訓練。第 1 梯次為 UAS 操作與航拍規劃基礎班，訓練人數至少 10 人，訓練時數至少 6 小時。第 2 梯次為 UAS 影像處理操作進階班，訓練人數至少 5 人，訓練時數至少 6 小時。

六、投稿研討會或期刊論文（初稿）至少 1 篇，並於投稿前將論文摘要提送國土測繪中心審視。

七、配合本案航拍各項測試作業過程之實錄成果，製作 5 分鐘以上之展示影片。另配合國土測繪中心相關成果發表會流程內容，

辦理無人飛行載具展示作業。

八、依本案各階段時程規範，繳交每月工作進度報告、工作計畫書及工作總報告書

九、執行其他配合事項

（一）每次執行任務前需檢查 UAS 功能是否正常，並填寫航拍任務紀錄表，記錄每次航拍日期、雲蓋率、風向、風速、飛航方向、飛行時間等資料。

（二）需依 UAS 保養維護手冊相關內容辦理國土測繪中心 UAS 設備保養維護作業，保養維護時需填寫保養維護紀錄表，各項紀錄資訊需送交國土測繪中心。

（三）應提供國土測繪中心數位相機率定之內方位參數報告。

(16)

第二節工作時程及成果交付

本案作業期限為決標次日(102/04/10)起 210 個日曆天(102/11/05)，

共分為 3 階段辦理。各階段作業期間，國土測繪中心作業時間視為行政作業期間，如有逾期得予扣除。各階段應交付項目及期限如下表 1-1：

表 2-1 各階段檢核點交付成果說明

階段成果繳交項目單位數量成果繳交期限

實際繳交日期第 1 階段

 需求訪談會議紀錄

 數位相機內方位率定報告(含電子檔) 份 1 ^{決標次日起}

30 日曆天內

(102/05/09)

102/05/09

工作計畫書份 10

第 2 階段

第 1 批次（4 航拍區）

 UAS 實地航拍影像

 各項原始數據成果(含電子檔)

 航拍區幾何糾正鑲嵌影像

 空中三角測量、正射影像等成果(含電子檔)

式 1

決標次日起 120 日曆天內

(102/08/07)

102/08/07

第 2 階段

第 2 批次（4 航拍區）

 UAS 實地航拍影像

 各項原始數據成果(含電子檔)

 航拍區幾何糾正鑲嵌影像

 空中三角測量、正射影像等成果(含電子檔)

 近 2 年國外各類 UAS 相關應用案例與影像處理軟硬體資料案例文獻收集 3 例

式 1

決標次日起 160 日曆天內

(102/09/16)

102/09/16

第 3 階段

工作總報告書份 20

於決標次日起 210 日曆天內

(102/11/05)

102/11/05 第 3 批次（2 航拍區）

 UAS 實地航拍影像及各項原始數據成果

（含電子檔）

 保養維護紀錄表

 航拍區影像成果（含電子檔）。

式 1

各項作業過程之實錄成果原始影片及展示

影片(電子檔) 式 1

研討會或期刊論文（初稿）至少 1 篇篇 1

教育訓練梯次 2

(17)

圖 2-1 專案執行進度甘特圖

(18)

第三節作業規劃

本案之工作作業規劃執行，依規範於決標次日起 20 日內針對國土測繪中心本年度 UAS 航拍作業完成需求訪談，確認今年度至少 10 區域航拍工作之需求，並作成會議紀錄。另在本案第二階段，完成蒐集近 2 年國外地區各類 UAS 相關應用案例與影像處理軟硬體資料案例（3 例），作為本案航拍工作流程精進或後續延伸發展之參考。

本案各項航拍工作預定使用之設備規劃如下：

2.3.1 定翼型 UAS

UAS 航拍之作業規劃，採用國土測繪中心國土測繪一號定翼型 UAS（圖 2-2）進行航拍。國土測繪一號採用複合材料機身，翼展長 3.3 公尺，展弦比達 11，具有優越的滑降比與抗風性能，及 5 公斤的酬載能力，同時飛行時間可達 2 個小時以上。

圖 2-2 國土測繪一號定翼型 UAS

機體設計為可拆式機翼，方便收納與運輸，並搭載智飛科技自行開發之飛控系統及 Canon 5D MKII 全片幅相機，相機並搭配相容之 24mm 或 50mm 焦距鏡頭以因應不同任務的需求。動力系統設計為螺旋槳前拉式動力系統，採用日本製小松 62cc 二行程引擎，實際測試之最大飛行高度達 3600 公尺。數位通訊資料鏈可傳輸 30 公里距離，

(19)

類比影像傳送距離可達 15 公里。國土測繪一號 UAS 系統架構詳如圖 2-3 所示：

圖 2-3 國土測繪一號 UAS 系統架構

國土測繪一號系統特色如下表 2-2，各項詳細規格彙整如表 2-3：

表 2-2 國土測繪一號系統特色

項目詳細說明

推進系統採用以無鉛汽油為燃料之二衝程引擎，提供穩定之馬力。

巡航速度 90 公里

滯空時間未掛副油箱（4.0 公升）2.5 小時以上、加掛副油箱（6.5 公升）4 小時以上。

抗風能力可達蒲福風級 7 級風力

通訊配備長距離數據通訊鏈路，控制半徑可達 30 公里以上，即時影像傳輸半徑可達 15 公里以上。

起降操作傳統跑道滾行起飛（需 100 公尺柏油跑道），跑道降落。

酬載可搭載與慣性量測設備與高畫素單眼相機或是高縮放倍率攝影模組。

表 2-3 國土測繪一號載具規格表

翼展 3.2 公尺長度 2.0 公尺

最大重量 25 公斤滯空時間＞2.5 小時

最高速度 125 km/hr 最大航程＞250 公里巡航速度 90 km/hr 最大操作高度 3600 公尺推進系統 ZENOAH G62PU 62 cc (4.22hp)

有鑑於本案在緊急或特定航拍需求上，必須有百分之百之航拍載

(20)

具妥善率，同時亦有多處同步拍攝的可能性，因此本團隊也提供一台自主開發設計的『天箭級』Sky Arrow 55 載具系統，專屬於本案所使用，做為備用之定翼型 UAS 載具。

Sky Arrow 55 為一款中航程後推式定翼型 UAS 載具，機體設計為後推式引擎設計（如圖 2-4），可避免傳統前置式引擎運轉時產生之廢氣隨氣流向後汙染儀器與相機鏡頭，在機身設計上除符合空氣動力學效率外，亦兼具酬載重量大與酬載空間寬敞的特色，可快速更換不同酬載。載具基本規格資料如表 2-4 所示。

圖 2-4 Sky Arrow 55 UAS 表 2-4 SkyArrow 55 UAS 載具規格表

翼展 3.0 公尺長度 2.4 公尺最大重量 25 公斤滯空時間＞3.5 hrs 最高速度 145 km/hr 最大航程＞350 公里巡航速度 105 km/hr 最大操作高度 4000 公尺推進系統 O.S GT-55 Gas Engine(5.5 BHP@7000rpm)

Sky Arrow 55 UAS 在飛控電腦的控制下，可進行視距外遠距長程自主飛行。微波指令鏈路通訊範圍可達半徑 60 公里以上，並可供隨時更新飛航任務(On-The-Fly Command, OTFC)，加上長達 3.5 小時以上之有效滯空時間與針對航遙測應用的最佳化性能設計，使得 Sky Arrow 55 UAS 成為最適合航遙測應用的飛行載具。此型式的 UAS 酬載重量與空間可依任務需求做彈性調整，使任務的調度更為靈活，本機型 UAS 特色如表 2-5。

(21)

表 2-5 Sky Arrow55 UAS 載具特色

特色詳細說明

推進系統引擎型式為 O.S GT-55 Gas Engine 二行程汽油引擎，使用 92 無鉛汽油做為燃料，提供穩定的馬力輸出

巡航速度 105 公里（含）以上滯空時間可達 3.5 小時以上

抗風能力蒲福風級 8 級風力(不含)以下(即風速 34 knot 以下)

通訊配備長距離數據通訊鏈路，控制半徑可達 50 公里(搭配指向性追蹤天線)

起降操作傳統跑道（起飛距離 30 公尺，降落距離 80 公尺）

酬載

有效酬載重量 > 5 公斤，可搭載：

1. 高畫素單眼相機與高縮放倍率攝影模組，及 GPS/INS 設備

2. 數據通訊與即時影像傳輸設備，可將資訊下傳至地面導控站儲存供後處理使用

3. 酬載安裝於機體內均配置被動防振機構，防止設備振動影響功能 4. 40*28*22 公分的極大化酬載空間，可快速安裝與更換不同酬載構型 2.3.2 旋翼(多旋翼)型 UAS

1. 六旋翼型 UAS

本團隊所採用拍攝測區影像之創新旋翼型 UAS，為六旋翼型 UAS，全機直徑約 82 公分，標準酬載設備可搭載 1800 萬畫素以上之數位相機（含影像發射模組），如圖 2-5。旋翼型無人飛行載具的操作高度可達 300m，每次滯空拍攝作業時間可達 15 分鐘，可有效拍攝小範圍（<10 公頃）區域之高畫質影像。

多旋翼型 UAS 搭配全景攝影模組，除可拍攝垂直航空照片，亦可進行 360 度全景照片拍攝。先使用 Autopana Giga 軟體將連續單張影像製作為全景拼接影像後，並利用 Pano2VR 軟體將全景拼接影像後製作為 720 度 VR 虛擬實境體驗網頁。除了傳統單一角度的正射影像外，可針對拍攝區域提供更為全方位且直覺有如親臨現場的現況展示。

(22)

圖 2-5 多旋翼型 UAS 表 2-6 多旋翼型 UAS 規格表

載具寬度 82 公分最大航高 300 公尺載具重量 3.5 公斤載具飛行距離 1000 公尺酬載重量 1.0 公斤

酬載搭配

Canon-5DM2 Canon-650D

SONY-DV 滯空時間 15 分鐘

2. 旋翼型 UAS 用 POS 系統(LEA-6T + ADIS16405)

本團隊也針對(多)旋翼機系統設計簡易型 POS 系統（如圖 2-6），

運用 GNSS 模組與微機電等級之 IMU ADIS16405 整合組合而成。

ADIS16405 其優點在於精度高、價格便宜、重量輕，很適合做為多旋翼機 POS 系統使用。在 GPS 模組選擇方面，採用單頻載波相位接收儀 U-BLOX LEA-6T 模組（如圖 2-7），其優點也是精度高、價格便宜、

重量輕，很適合做為酬載重量相對較小的多旋翼機系統使用。此外本 GPS 模組亦支援外部 Time mark 記錄功能，可記錄拍攝時的 GPS 時間，做為相片與 POS 資料同步解算的基準。

(23)

圖 2-6 多旋翼機 POS 系統原型設計

圖 2-7 IMU(ADIS16405)與 GPS(LEA-6T)模組

(24)

第四節 UAS 航拍規劃與作業流程說明 2.4.1 UAS 航拍標準作業流程

UAS 航拍工作的標準流程規劃，主要係依據「無人駕駛航空器系統(UAS)在臺北飛航情報區之作業」飛航情報相關 AIC 公告與「民用航空法」第三十四條以及「交通部民用航空隊機場四周施放有礙飛航安全物體實施要點」等規定進行作業規畫。

根據以上相關規範，並參考 97 年度 NLSC-97-28 探測感應器測繪平台架構規劃暨應用作業案之流程，綜整 UAS 航拍規劃標準作業流程如圖 2-8。

圖 2-8 UAS 航拍工作標準作業流程規劃

UAS 航拍作業依規定需在施測前十五天前提出申請空域，另外任務規劃與勤前提示與工作分配亦為重要的工作規畫，執行航拍任務時，還需視天候條件許可下方可執行任務，UAS 操作使用程序標準作業流程規畫可參考圖 2-9。

(25)

圖 2-9 UAS 操作使用程序標準作業流程

(26)

UAS 任務執行時的人力配置、操作程序與地面導控系統的任務模式，其說明如下：

(1) GCS(地面控制站)：

由一 GCS 系統、一位外部操作員（EP、飛行員）、一位內部操作員（IP、GCS 軟體操作員），一位專案經理組成一 GCS 團隊。

(2) 任務自動導引程序：

該程序每次只會有一架飛機在執行該程序，任務自動導引程序負責接替外部操作員降落(Landing)前及起飛(Take off)後的任務。

(3) 航拍任務：

可以採單架 UAS 的方式，前往指定區域，依航拍計畫航線做地毯式的影像拍攝，或是於同一時間、同地點但不同空層，進行不同的地面解析度的影像拍攝。

(4) 避走路線：

假如 UAS 要前往執行任務的路徑上，經過敏感性(Sensitivities) 地區，地面站軟體會警示該路線為避走路線，且建議與規劃新航道提供給內部操作員參考，如內部操作員同意取代(Replace)原路徑，UAS 於執行任務時會繞過該敏感地區。

經過數年實務上的經驗累積，本團隊已針對航拍流程進行標準化，

並針對流程各重要之步驟製作任務規劃、紀錄、檢核表格，總共分為以下幾步驟：

步驟 1：於確認航拍區域後，負責專案經理先依據航拍需求提交包含委託單位連絡方式、繳交期限、GSD、用途及空拍範圍的「委託空拍申請表」，並交由資深同仁評估後，回覆「委託空拍空域審核建議表」，對各空域進行航線評估，內容包含預畫航高、GSD 範圍、涵蓋線近航區/航道、航線說明及 KML 航線規劃圖，如圖 2-10。

(27)

(28)

圖 2-10 委託空拍申請表及委託空拍空域審核建議表

步驟 2：於任務確認後及任務執行前，為了讓任務執行單位充分了解工作內容，於任務執行前需由當次任務負責主管公告「UAS 飛行任務勤前提示單」，並對任務執行單位解說任務執行細節及流程，

(29)

其內容包含任務資訊、天氣預報、航點說明及任務預畫等任務執行細節，如圖 2-11。

(30)

圖 2-11 UAS 飛行任務勤前提示單

步驟 3：於任務飛行前，必須先依「UAS 飛行前檢查卡」檢查 UAS 及地面站系統各個零組件，如機身結構、各個控制翼面、避震墊及飛控系統等功能是否正常，如圖 2-12 所示。

(31)

圖 2-12 UAS 飛行前檢查卡

步驟 4：於每次任務結束後，任務執行單位必須填寫「UAS 航拍任務執行紀錄」，記錄任務執行狀況，如圖 2-13。

同時根據目前相關法規規範，規劃航拍工作區域時受以下限制：

（1）航拍區域若位於機場周圍禁、限航區，則無法執行任務。

（2）航拍區位於訓練空域、軍方管制空域、目視航線等，則需視與民航局及軍方單位協調後狀況方可執行任務。

（3）鄰近禁、限航區，可能影響民航機或軍機起降及其他航空器安全，亦需與相關單位協調後方能進行航拍。

(32)

(33)

圖 2-13 UAS 航拍任務執行紀錄 2.4.2 UAS 航拍計畫

UAS 航拍所使用之數位相機為 Canon 5D Mark II 全片幅數位單眼相機，相機感光元件為 5616 × 3744 pixels，相機感光元件尺寸為 3.6 公分 × 2.4 公分，換算後可得到感光元件上每一像素之實際尺寸為 6.4μm（0.00064 公分）。由於每一像素之寬度與焦距長，相對於地面解析度（GSD）與航高（AGL）為相似三角形，因此可得下式 1：

AGL GSD th

Focal Leng Size Pixel



(1)

根據上式 1，帶入拍攝相機鏡頭焦距、相機感光元件規格，及地面解析度的需求計算後，即可計算出對應的航高規劃高度（AGL）。

以 1/5,000 比例尺航拍作業的航線規劃範例如下圖 2-14，各項航拍作業應規劃項目範例如表 2-7。經正確規劃後，航拍成果皆可達到 80%以上的前後重疊率及 40%以上之側向重疊率。

(34)

圖 2-14 航線規劃示意圖表 2-7 航空攝影規劃範例

項目資訊備註

相機焦距 20 公釐採用高素質 20mm 手動定焦鏡頭，避免 UAS 震動造成自動對焦位移。

像元解析度 6.4μm

航帶寬約 840 公尺航拍影像有效寬度

飛航高度 936 公尺依照地形高程部分會有所調整航線間距 700 公尺確保側向重疊率>40%

側向重疊 > 40%

前後重疊 >80% 提高前後重疊，降低後續立製時遮蔽情形及提高正射品質

航空攝影以 GNSS/IMU 輔助將提高空三及測圖等精度地面解析度 25 公分

而 GCS 介面的航線設定，本團隊已有開發航點產生工具，只要輸入特定參數，如範圍坐標、航帶間隔等參數，即可立即規劃出航線。

軟體另有繪圖與標註、航線規劃(S、O、Z 模式)、航線延長縮短、航線位移、空拍重疊率及航線匯出/匯入等功能。

軟體共可提供之 3 種不同模式航線規劃：

 S 模式：單向折返。如單一方向有山脈，可採此飛行方式。

(35)

圖 2-15 S 模式航線範例圖

 Z 模式：雙向折返。條件相同情況下（相同範圍與航高設定），

所需航程，約為 S 飛法的一半左右。

圖 2-16 Z 模式航線範例圖

 O 模式：定點盤旋，對特定經緯度目標點做盤旋飛行。

圖 2-17 O 模式航線範例圖 2.4.3 系統保養

為確保 UAS 之更高安全性，除了依照周期性檢查項目檢查各零組件外，本團隊並制定一套 UAS 品保流程，從各零組件出廠至系統組裝完成，與累計時數的維修與性能評估，以確保最高的系統安全性，

(36)

如圖 2-18 所示。

於每次操作國土測繪中心 UAS 執行航拍作業時，除按操作手冊實施相關檢查外，並做成檢查與維護紀錄，另於每次執行任務時，按飛行前、中、後-檢查卡執行 UAS 相關保養維護與檢查工作，當載具飛行時數累積至週期檢查表所列之飛行時數時，按週期檢查與維護手冊執行相關零組件之保養與更換。另於執行航拍任務完成後，依照相關飛行紀錄資料綜整，整理成 UAS 航拍任務執行紀錄，以落實相關飛行文件與表格之建立。

圖 2-18 UAS 品保流程

玻纖貼合

A

目視/拍照品檢 (QC 1) NG

載具烤漆 OK

印刷電路板成品系統功能測試

(PT表‐電裝設定/性能)

目視/觸摸 (QC 2)

組裝外殼(盒)

NG

OK

檢修

NG

線束製作腳位量測

(QC 3) NG 檢修

機體組裝

地面測試/試飛 (PT表‐載具設定/性能、

PT表‐控制翼面設定/性能、

PT表‐引擎規格設定/性能) OK

航電系統組裝 OK OK

OK

地面測試/性能測試 (PT表‐系統性能、

PT表‐評估結果) OK

地面測試/性能測試 (PT表‐UAS性能評估單)

達保修維護鐘點 OK

B C

拆解零組件 NG

A

B C

UAS品保流程

(37)

第五節空中三角測量及正射影像製作作業規劃 2.3.1 控制點量測規劃

本案所進行正射影像測製的航拍區域共有 9 區，大部分航測控制點皆選擇影像上可判釋之後測點。後測控制點選擇要件如下：

一、優先使用現有航空標及後測點：

清點本團隊於本案所挑選航拍區域可用之現有航空標及後測點於航拍影像中是否可清晰辨識，經與現況比對無誤後予以採用。於專案相片影像上選取與 UAS 拍攝影像之共同點，再經立體量測獲得共同點坐標當作控制點。控制點以選擇比較明顯、

不會變動的固定地物、或屋角點為原則。後測控制點選取量測範例如圖 2-19。

圖 2-19 選取後測控制點位置範例二、輔以自然點加強控制：

對於上述測區航空標不足區域則以選擇自然點予以補足，自然點優先選取航拍影像上目標明顯、固定且易辨認之點位（如斑馬線、道路標線、運動場等，如圖 2-20），並避免選在樹下或樹林邊緣處等透空度不佳之處。

圖 2-20 自然點選設現場照片

而如本案台東縣大武鄉重建社區，地貌變化過大，以至於無法取

(38)

得足夠後測控制點之區域，則依規劃另行補測控制點，採用 e-GPS 進行控制測量作業。本團隊規劃採用 e-GPS 之作業方式，將以兩組作業人員分別由測區範圍東邊及西邊針對控制點進行量測，以符合作業規範重覆觀測至少需間隔 60 分鐘以上之規定。如遇通訊阻絕處，將改以衛星定位靜態測量，聯測該點位附近四個已知點，求解該點位坐標，並符合規範相關要求。

3.3.2 空中三角測量作業方式

UAS 相片利用空中三角測量進行空間解算（如圖 2-21），係根據少量的現地控制點，再於室內新建相片間的匹配點位資訊，解算以求得點位之空間位置。

一、空中三角測量採用數值航測影像工作站，量測模型連接點及全部設有航空標之控制點、水準點之點位坐標。

圖 2-21 空中三角測量示意圖

二、空中三角像片連接點需分布在每一像片九個標準點位上，先以影像匹配產生連結點，再檢查連結網形補缺漏。每一標準點位以二點以上為原則，空中三角平差偵錯後，每一標準點位至少留存一點。

三、航拍過程中全程採用 GNSS/IMU 輔助空中三角測量，GNSS 每 1 秒觀測 10 筆資料，IMU 每 1 秒觀測 20 筆資料以上，

(39)

平差作業可加入每張航片經解算之高精度投影中心 GNSS 坐標及 IMU 姿態角，以提升空三作業精度，並加速影像自動匹配作業時程，可大幅縮短人工選點作業時間與錯誤。

四、空三之連結點採自動匹配，自動匹配完後，會表列出匹配點不足處，稱之為弱匹配區；使用者可依表列之點號，手動加點，如圖 2-22。此外，尚會利用自行開發之網形檢核及可靠度計算程式，檢查每張像片間的連結點數以及連結情況（如圖 2-23），並參考地形圖測製規範之可靠度指標，不足處以手動方式加點。表 2-8 為可靠度指標。

表 2-8 可靠度指標前後重疊率

可靠度指標 60％ 80％ 90％

平均多餘觀測數

（總多餘觀測數/

總觀測數）

≧0.55 ≧0.6 ≧0.7

連結點平均光線數

（連結點總光線數 /總連結點數）

≧4 ≧6 ≧7

連結點強度指標

（N 重光線以上連結點數/總點數）

(4 重光線以上連結點點數)/(總點數)≧

0.3

(6 重光線以上連結點點數)/(總點數)

≧0.3

(8 重光線以上連結點點數)/(總點數)

≧0.3

圖 2-22 弱匹配區手動加點列表示意圖

圖 2-23 像片網形連結範例圖

(40)

五、空中三角測量平差計算採用光束法，分二個過程進行計算，

先以最小約制（或自由網）平差，以進行粗差偵測並得到觀測值精度的估值，其次進行強制附合至控制點上平差。

六、自由網平差後所得觀測中誤差不超過 10µm，坡度達 IV 級以上之山地或植被達 IV 以上之平地中誤差不超過 15µm，強制附合地面控制點後，其驗後觀測值之 R.M.S.E 值不大於 12µm，

坡度達 IV 級以上之山地或植被達 IV 以上之平地中誤差不超過 18µm。

3.3.3 正射影像製作方式

本案正射影像解析度（地元尺寸）需達 25 公分以內；產製精度將參考「基本地形圖測製說明」之「八、正射影像製作」辦理：

一、每一像素以使用距離像主點最近之像素為原則。

二、正射影像位於平坦地表面無高差移位的明顯地物點其位置中誤差應小於 2.5 公尺，最大誤差應小於 10 公尺。鐵、公路、橋樑等對地圖判讀有重要意義的基礎建設，必須依其實際測量高度進行正射微分糾正，因而產生之無影像遮蔽區應以相鄰影像補足，若無影像可供補足，得以黑色區塊填補。

三、彩色正射影像資料圖幅接合處影像接合誤差，相鄰圖幅無高差地物影像接邊相對移位應小於 2.5 公尺。

下圖 2-24 為製作彩色無縫正射影像鑲嵌流程圖。

(41)

圖 2-24 製作彩色無縫正射影像鑲嵌流程圖壹、正射影像糾正

(一) 利用數值航測影像工作站，配合數值高程模型(DEM)資料作為正射糾正之高程控制資料，將中心投影之航空像片，糾正成正射投影，消除像片上投影誤差，製作數位正射影像資料檔，記錄在光碟等電腦磁性媒體。圖 2-25 為正射影像糾正示意圖。

(二) 利用 ImageStation Orthopro 軟體將空三資料（圖 2-26）、數值高程資料（圖 2-27）、原始檔案載入，產生正射後的單張影像，

在產生前需先設定是否將影像壓縮、影像格式（tif, jpg）、是否產生影像金字塔、world file（tfw, jgw）等。

圖 2-25 正射影像糾正示意圖

(42)

圖 2-26 ImageStation Orthopro 空三資料圖 2-27 ImageStation OrthoproDEM 資料貳、正射影像鑲嵌作業

(一) 將相鄰影像之數值正射影像切去其邊緣與重複部分，使之互相拼接而成一地表連續之影像，逐一鑲嵌製作成為一張無接縫的正射影像鑲嵌圖。

(二) 正射影像需在影像工作站進行無縫式鑲嵌及全區影像色調均化處理。

(三) 正射影像應盡量選取像主點附近之影像，並避免傾斜位移大、

陰影過長、陰影下影像模糊等區域，鑲嵌之接縫處宜位於水系、

平面道路或空曠地區，注意重要地標（高架道路、明顯建物）

之銜接，並應力求色調、亮度一致，影像避免反光，保持柔和及清晰。

(四) 正射影像鑲嵌後如造成疊影、錯位、扭曲、雲遮蔽等狀況，都必須再行編修處理。

(43)

第六節成果檢核

本案依需求規格書規範之成果檢查作業說明，針對空三測量與正射影像必須完成的檢查項目如下：

一、空中三角測量檢查

（一）抽查項目及方式：採上機檢查，檢查空中三角測量成果重新計算、連結點重複量測及檢核點等項目。

（二）抽查數量：抽查空中三角測量所使用之影像總片數 1％。

（三）通過標準：抽樣之影像有 1 項（含）以上不合格，則該片影像為不合格；抽查影像片數 90％以上合格，則檢查通過。

二、影像檢查

（一）針對原始影像成果進行查核，項目如下：

1. 抽查項目及方式：採上機檢查，檢查影像品質（影像解析度

、是否含雲）、影像重疊率等項目。

2. 抽查數量：抽查5％像片。

3. 通過標準：抽樣之影像有1項（含）以上不合格，則該片影像為不合格；抽查影像片數90％以上合格，則檢查通過。

（二）針對正射影像成果進行查核，說明如下：

1. 抽查項目及方式：採上機檢查，檢查影像解析度、色調及連續地物合理性（地物是否有扭曲變形、影像接邊情形是否連續無縫）等項目。

2. 抽查數量：全面檢查。

3. 通過標準：每區缺點總數未超過 10 處，則該區視為合格；

抽查區域數 80％以上合格，則檢查通過。

因本案 UAS 正射影像成果精度應達基本地形圖測製規範要求，

本團隊於精度檢核作業，將參考地形圖圖資精度檢核及品質管控流程規劃進行。

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壹、航空攝影影像品質管控及檢核

檢查項目：航線、航攝像片重疊率及影像品質。

航線規劃：檢查航線規劃是否涵蓋測區，每幅圖兩個像對，各航線兩端應多加拍攝兩像對。

航拍檢查：檢查航偏、航傾角及重疊率。

航拍檢查標準：

（一）航線方向以南北、東西或平行預定路線為原則。

（二）垂直連續攝影，檢查 POS 系統所記錄之角度資料，攝影軸傾斜應小於 8 度，各航線兩端應多攝兩個像對。

（三）是否重疊度不佳以致像對不能涵蓋全測區或影響製圖精度。

（四）攝影天氣：攝影天氣晴朗無雲，能見度良好，太陽高度大於三十度以上，以減少陰影。

（五）影像有雲，影像模糊，陰影過長，或不能完全消除視差，導致無法用於量測及製圖。

貳、空中三角測量及平差計算品質管控及檢核

空中三角測量作業之品質檢查，量測像片坐標時需對影像品質有檢核紀錄，空中作業完成後抽樣 1％影像上機檢核紀錄之確實性。100

％檢查空中三角測量平差報表及生產單位對節點分布及連結情況所做的分析報告。

各項檢查要求：

一、空中三角像片連結點應分布於每一像片九個標準點位上。每一個位置二個，空中三角平差偵錯後，每一標準點位至少留存一點。

二、像片連結點之轉點：每一基線距離內至少有一種以上的點連結相臨航帶。

三、空中三角平差採用光束法計算，平差後所得之標準中誤差，最小約制平差後所得的觀測值中誤差不得超過 10 。

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四、強制附合至地面控制點後中誤差之增加量應不超過上值之 13 ，

^m

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否則應重新檢核地面控制點之正確性。

五、連結點可靠度檢核，先將連結點重點數低的點刪除，再利用自行開發之網形檢核程式，檢查每張像片間的連結點數以及連結情況，

不足處可手動加點，以達到可靠度規範要求，像片網形與統計資料如圖 2-28 所示。

圖 2-28 空三網形與統計圖参、彩色無縫鑲嵌正射影像製作品質控管及檢核

以測區需求範圍進行單幅正射影像製作，範圍依據 DEM 範圍，

且向四周擴大 50 公尺之重疊範圍，並進行無縫式鑲嵌製作，最後接合成一整張影像。

一、彩色無縫式鑲嵌品質控管

彩色無縫式鑲嵌品質控管分兩部分：

（一）單幅正射影像鑲嵌產生之品質控管：單一圖幅之正射影像由多張影像鑲嵌而成。

（二）圖幅間影像鑲嵌之品質控管。

（三）影像成果之品質檢查包含：

1. 檢查影像地物是否扭曲變形、或影像中有雲或陰影、影像對比及色彩飽和度。

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2. 彩色無縫鑲嵌正射影像地面解析度 0.25 公尺（重建區為 0.1 公尺）。

3. 檢核正射用之 DEM 重疊區高程一致性。

4. 正射影像資料檔以 TIFF 格式儲存，以每幅圖一個檔案為原則。

二、正射影像製作精度要求

（一）幾何精度

位於平坦地表面無高差移位的明顯地物點其位置中誤差應在 2.5 公尺以內，最大誤差應在 10 公尺以內。位於山坡地的中誤差值則應考量用為基準的 DEM 誤差因素，其界限值應參考相關的 DEM 規範。因建物高差引起的影像移位不得大於圖面上 2mm。

（二）色調

整張正射影像的色調應均勻，其明亮度（intensity, brightness）

的直方圖分布應在 5~250 之間，且直方圖的兩端不得有如圖 2-29 所示之突然停止的現象，亦不得有突然觸到兩端的現象。突然停止的現象可依最端點灰值的像元數 Ne 與其內側鄰近三個灰值平均像元數 Ni 之比值來判斷，Ne 必須小於 Ni。不同張航拍影像的接邊處色調需一致，不得有肉眼能見到的邊緣。

圖 2-29 直方圖兩端明度突然停止

（三）色彩平衡

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所謂色彩平衡就是不同張的正射影像上所顯示地物的色彩應於一致。但由於同一地物彩色在不同正射影像上看起來色彩都不一樣，因此色彩平衡要做到整區影像地物顏色連續且均勻自然。

本團隊設計一「正射影像自我檢核表」（表 2-9）檢核正射影像的色調、接縫、道路水系的修正。

表 2-9 正射影像自我檢核表

本案共計辦理 10 區 UAS 航拍與影像處理作業，其中 9 區需製作正射影像成果，各區的正射影像成果自我檢核紀錄請參照「附錄一正射影像自我檢核紀錄表」。

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第七節緊急災害應變及國土監測變異分析作業

在部分特定的應用情況，如重大災害發生後，需緊急取得現況影像時，時效性被視為首要目標，其次方為資料精度。為了發揮 UAS 即時且機動的監測特性，如遇緊急災害而需快速提供影像時，可採用快速拼接之影像處理流程。配合使用影像拼接軟體將 UAS 攝影影像進行拼接，其特點為快速得到成果，成果精度約為公尺級。

快速拼接處理流程對於定翼型或旋翼型 UAS 所取得之影像皆可適用。利用 UAS 所搭載的 GNSS/IMU 資訊，於時效性緊迫需要緊急取像情況時，僅需取得該區域連續航拍影像及拍攝地區之 DEM 或 DSM 資料輔助即可立刻進行影像處理。圖 2-30 為快速拼接流程圖，

其步驟如下：

圖 2-30 快速拼接處理流程圖

1. 先將影像解析度降階處理，增加拼接速度與增加一次可拼接數量。

2. 配合 DEM/DSM 及 GNSS/IMU 資訊將影像逐一進行正射糾正。

3. 將正射影像進行影像匹配以選取影像間之共軛點並進行坐標轉換。

4. 進行影像拼接以取得全區域之拼接影像。

由於在災害緊急情況時，需要盡量縮短上述影像處理流程時間，

並且盡量提高影像幾何糾正的自動化程度。因此本團隊業已開發完成 OrthoMosaic 影像快速幾何糾正拼接鑲嵌程式，並可於本案提供國土測繪中心使用。

Ortho-Mosaic 主要分為使用者控制面板、正射校正及影像鑲嵌三部分。Ortho-Mosaic 最上方的工具列包含有 Ortho、Mosaic 兩功能，

(49)

此外主控制面板的左方可預覽所選擇的影像。

(1) Ortho：可批次處理影像進行單張影像正射化作業。

(2) Mosaic：可進行數張正射影像之拼接並進行自動化邊界調色

圖 2-31 Orthomosaic 程式主畫面

影像正射糾正功能模組是利用定位定向系統（POS）所記錄的方位參數及相機經率定後的內方位參數，先以向量方式以假設高度推估真實的地表拍攝範圍，並假設相機在影像正上方，利用共線式原理（式 2）反投影重新取樣製作而成，如圖 2-32 所示。

圖 2-32 正射校正示意圖

(50)

(2)

(x , y , f)為內方位參數,( X_C, Y_C, Z_C)為相機位置， m ~m 為相機姿態所構成的旋轉矩陣

影像正射糾正功能可供使用者輸入內方位參數、並選擇正射影像的縮放尺寸、以及影像輸入的位置，此外可供使用者讀入外方位參數、

DEM 資料，並可對原始影像進行批次轉換，其解析度乃會依照原始影像之解析度輸出，如圖 2-33。

圖 2-33 影像正射糾正功能設定

影像鑲嵌係利用自動抓取影響共軛點(Homoghaphy matrix)的方式計算轉換參數以連結每張影像，利用此方式即可拼接每張正射影像，

在拼接的過程中除了抓取共軛點計算影像間的轉換參數外，還必須對拼接影像進行調色，以使拼接影像的色調較為一致，如圖 2-34。

圖 2-34 影像拼接功能設定

摘 要

摘 要

Abstract

目 錄

圖目錄

表目錄

第壹章 前言

第貳章 作業規劃、工作項目及內容

(1)

UAS品保流程

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摘要

摘要

目錄

第壹章前言

第貳章作業規劃、工作項目及內容

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