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論文中文名稱:數值地形模型精度評估及應用-以猴山岳地滑區為例 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Digital Terrain Models Precision Assessment and Applications - Example of Houshanyue Landslides [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
畢業學年度:100
出版年度:101
中文姓名:趙宥睿
英文姓名:Yu-Jui Chao
研究生學號:97428034
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2011-12-21
論文頁數:156
指導教授中文名:張國楨
指導教授英文名:Kuo-Jen Chang
口試委員中文名:林銘郎;陳偉堯;王泰典
口試委員英文名:Ming-Lang Lin;Walter-W Chen;T-T Wang
中文關鍵詞:數值地形模型猴山岳精度評估
英文關鍵詞:Digtial Terrain ModelHoushanyuePrecision Assessment
論文中文摘要:近年台灣因氣候變遷影響導致豪雨不斷,土石流邊坡滑動等天然災害層出不窮,而台北文山區地區歷經過96年至97年卡玫基、辛克樂、哈格等颱風所挾帶大量雨水侵襲下,導致台北木柵猴山岳地區發生了土石崩塌;就防救災的觀點來看,若能充分了解崩塌區之地質構造,災前、後地形地貌之變化,便可助於災後整治規劃,設計施工上之參考,甚者可提供其他地區規劃研究之參考。
由於本區域之滑坡體屬小規模崩塌,一方面在本研究區內缺乏災前、後較詳實之相關地形、地質資料,另再以國內已有之DTM來分析滑動體之地形、地貌特徵及變化情形,有實際的困難性。依循上述動機,本研究猴山岳運用災前與災後影像資料,結合多種軟體,嘗試建置高精度數值地形模型,由既有高精度LIDAR座標資料搭配航空影像及動態即時全球定位系統(RTK GPS)來設置及量測地面控制點;配合高機動性、即時快速的無人載具影像資料,建置出災前時期、崩塌後與整治完工後之解析度2m DTM。利用建置出各時期之DSM分析此地形地貌變化,利用Arc Map查詢功能求得縱剖面與橫剖面之地表高程,比對94年至99年期間高度變化,並搭配正射影像初探樹木侵蝕範圍。並根據所建置之數值地形模型,利用精度管控指標先行評估DSM平均垂直誤差值、標準差、較差極大值與極小值,並呈現出誤差常態分布圖,藉以高峰圖形了解精確度。
本研究根據已有高精度LiDAR DEM及DSM資料為基礎,來評估本研究中所建置的數期數值地形模型之模型高程精度;另外,根據所建置之不同時期之DTM,來探求崩塌區附近之地質概況,及滑坡體之運動特性。
論文英文摘要:Recently, the natural calamities due to the climate change and torrential rain during typhoon season have been threatening the safety of local resorts and the residents’ lives. It is difficult to analyze the change to the area’s landform by using 5m DTM for small-scale shallow landslides which occur in this area. In addition, Houshanyue is devoid of related data on the change of landform before and after disasters.
Based on above reasons, the research is aimed at structuring a 2m DTM consisting of the landform before and after landslides, and the rebuilding by exploiting aerial image and positioning system with precise LIDAR coordinates loaded to measure control point and mobile Remotely Piloted Vehicle image data. Furthermore, according to the Digital Terrain Model (DTM), the Precision Control Index is used to evaluate the DSM Average Vertical Error, Standard Deviation, Worse Maximum, and Worse Minimum, forming Error Normal Distribution whose Peak Graph help us ensure that the accuracy is in ideal condition. The range of evaluation includes the whole area, slide land and skirts of the slide land to find the difference among three sections.
We compare the variations of altitude from 2005 to 2010 by constructing DSM analyzing topographic change in every period and using the search function of Arc Map obtaining Surface Elevation of longitudinal section and transverse section. Besides, orthoimage is also exploited to detect the range of wood erosion.
論文目次:中文摘要 i
英文摘要 iii
誌 謝 v
目 錄 vi
表目錄 ix
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究動機目的 1
1.2研究範圍及方法 2
1.2.1. 地理位置與環境 2
1.2.2. 地質概況 4
1.3論文大綱 5
第二章 文獻回顧 7
2.1 航空攝影原理 7
2.2 數位航照地面坐標系統 9
2.3 遙控無人載具拍攝技術 10
2.4 DTM精度品質評估與管控 11
2.5 GPS RTK即時動態量測 13
第三章 研究方法 16
3.1資料收集 16
3.1.1. 影像種類來源 16
3.1.2. 相機參數 18
3.1.3. 歷年影像資料庫 21
3.2 應用軟體簡介 22
3.3 地表位移 23
3.3.1 高斯平滑化 23
3.3.2 平差方法操作流程 23
3.4 研究方法流程 24
第四章 研究成果 25
4.1應用各遙測技術建置DTM 25
4.1.1. LIDAR點雲資料與航空影像建置DTM 25
4.1.2. RTK GPS與航空影像建置DTM 38
4.1.3. RTK GPS與無人載具建置DTM 41
4.2偏移校正 43
4.3 災前與災後DSM平差成果 46
4.3.1 災前平差後DSM 46
4.3.2 災後平差DSM 47
4.4 應用各DEM生成正射影像 49
第五章 討論 54
5.1 DTM誤差分析探討 54
5.1.1 均方根誤差及外方位參數之差異性 54
5.1.2 航空與地面控制點較差 56
5.1.3 誤差曲面選定 59
5.2 DSM精度分析 66
5.2.1全區域精度分析 67
5.2.2崩塌內部精度評估 71
5.2.3崩塌外圍精度評估 75
5.2.4 DSM、DEM差異性 79
5.3 猴山岳地區高程變化 81
5.3.1 歷年高度變化 81
5.3.2崩塌區剖面比對 83
5.3.3 猴山岳災前災後之地形變化 89
5.4 歷年植被變化 91
5.5地表水平位移初探 99
第六章 結論與建議 105
6.1 結論 105
6.2 建議 106
參考文獻 107
附錄A:航空控制點指示圖 110
附錄B:RTK現地量測記錄 144
附錄C:外方位參數 147
附錄D:精度評估準則 150
附錄E:碩士學位考試口試委員提問與回覆對照表 152


表目錄

表1.1 97年文山區災害統計表 1
表2.1 DTM高程中誤差精度值 12
表3.1 農航所歷史沿革 16
表3.2 群立數位大地影像產品規範 17
表3.3 UltraCam D, S/N UCD-SU-1-0009_V30相機參數 20
表3.4 UltraCam D, S/N UCD-SU-1-0009_V40相機參數 20
表3.5 UltraCam D歷年像原始點微調參數 20
表3.6 Sony_A350相機參數 21
表4.1 98年貓空地區DSM點位修正表 44
表4.2 99年文山區DSM點位修正表 45
表5.1 98年DSM外方位參數差異性 55
表5.2 99年DSM外方位參數差異性 55
表5.3 航空與地面控制點相差量(高程修正前) 57
表5.4 航空與地面控制點相差量(DSM高程修正後) 58
表5.5 航空與地面控制點相差量(DEM高程修正後) 58
表5.6 精度評估項目(95年全區域DSM) 68
表5.7 精度評估項目(97年全區域DSM) 71
表5.8 精度評估項目(95年崩塌區DSM) 73
表5.9 精度評估項目(97年崩塌區DSM) 75
表5.10 精度評估項目(95年崩塌外圍DSM) 77
表5.11 精度評估項目(97年崩塌外圍DSM) 78
表5.12 精度評估項目(全台DEM) 79
表5.13 精度評估項目(DSM) 80
表5.14 虧損與加積之體積量 90
表5.15 樹木較差評估項目(下邊坡) 93
表5.16 樹木較差評估項目(上邊坡) 96
表5.17 94年樹木高度評估項目 97
表5.18 95年樹木高度評估項目 98
表5.19 97年樹木高度評估項目 98
表5.20 樹木各別移動距離 104


















圖目錄

圖1.1 98年猴山岳崩塌區正射影像 2
圖1.2猴山岳內部災後現況 3
圖1.3貓空地區地質圖 4
圖1.4 研究流程圖 6
圖2.1 航照作業重疊設計 7
圖2.2 航照作業平面示意圖 8
圖2.3 外方位示意圖 9
圖2.4 無人載具掛載相機 10
圖2.5 GPS. RTK示意圖 14
圖2.6 參考站架設與通訊裝備(Radio) 14
圖2.7 移動站量測點位 14
圖2.8 參考站與移動站距離之影響 15
圖3.1 數位製圖攝影機 18
圖3.2 ADS40 數位航空感測器 19
圖3.3 UltraCamD數位攝影機 19
圖3.4 Sony_A350相機機身 21
圖3.5 平差後剖面線 23
圖3.6 數值地形模型製作流程 24
圖4.1 95年貓空地區航空影像控制點(紅)與連接點(綠)分布圖 26
圖4.2 95年貓空地區2m DSM建置成果 26
圖4.3 95年貓空地區2m DEM建置成果 27
圖4.4 95年猴山岳區DTM建置成果 27
圖4.5 97年貓空地區航空影像控制點(紅)與連接點(綠)分布圖 28
圖4.6 97年貓空地區2m DSM建置成果 29
圖4.7 97年貓空地區2m DSM建置成果 29
圖4.8 97年猴山岳區DTM建置成果 30
圖4.9 98年貓空地區航空影像控制點(紅)與連接點(綠)分布圖 31
圖4.10 98年貓空地區2m DSM建置成果 31
圖4.11 98年貓空地區航空影像控制點(紅)與連接點(綠)分布圖 32
圖4.12 98年貓空地區2m DSM建置成果 32
圖4.13 98年貓空地區航空影像控制點(紅)與連接點(綠)分布圖 33
圖4.14 98年貓空地區2m DSM建置成果 33
圖4.15 98年貓空地區2m DEM建置成果 34
圖4.16 98年猴山岳區DTM建置成果 34
圖4.17 99年文山區航空影像控制點(紅)與連接點(綠)分布圖 35
圖4.18 99年文山區2m DSM建置成果 36
圖4.19 99年文山區航空影像控制點(紅)與連接點(綠)分布圖 36
圖4.20 99年文山區2m DSM建置成果 37
圖4.21 99年文山區2m DEM建置成果 37
圖4.22 99年猴山岳區DTM建置成果 38
圖4.23 98年貓空地區航空影像地面控制點(紅)與連接點(綠)分布圖 39
圖4.24 98年貓空地區2m DSM建置成果 39
圖4.25 98年貓空地區2m DEM建置成果 40
圖4.26 98年猴山岳區應用RTK GPS建置DTM成果 40
圖4.27 100年猴山岳區無人載具影像地面控制點(紅)與連接點(綠)分布圖 41
圖4.28 猴山岳崩塌區DTM建置成果 42
圖4.29 98年貓空地區DSM偏移校正 44
圖4.30 99年文山區DSM偏移校正 45
圖4.31 97年貓空地區DSM平差對照圖 46
圖4.32 98年貓空地區DSM平差前後對照圖 47
圖4.33 99年文山區DSM平差對照圖 48
圖4.34 高差位移圖 49
圖4.35 95年貓空地區正射影像 49
圖4.36 97年貓空地區正射影像 50
圖4.37 98年貓空地區正射影像 50
圖4.38 99年文山區正射影像 51
圖4.39 各時期猴山岳步道正射影像 52
圖4.40 100年猴山岳全區正射影像 53
圖4.41 100年猴山岳南北區正射影像 53
圖5.1 98年相異RMSE值之DSM差異 54
圖5.2 99年相異RMSE值之DSM差異 55
圖5.3 地面控制點分布圖 56
圖5.4 較差色階圖 59
圖5.5 98年DSM平滑化變化情況 60
圖5.6 98年高斯平滑值之剖面線 60
圖5.7 99年DSM平滑化變化情況 61
圖5.8 99年高斯平滑值之剖面線 61
圖5.9 98年平差後之無變動區域剖面線 62
圖5.10 99年平差後之無變動剖面線 63
圖5.11 98年平差後之猴山岳崩塌地剖面線 64
圖5.12 99年平差後之猴山岳崩塌地剖面線 65
圖5.13 垂直差錯誤判斷 66
圖5.14 LIDAR-DSM與95年DSM平均高程較差 67
圖5.15 點位誤差分布圖 68
圖5.16 95年全區容許誤差範圍 69
圖5.17 LIDAR-DSM與97年DSM平均高程較差 70
圖5.18 點位誤差分布圖 70
圖5.19 97年全區容許誤差範圍 71
圖5.20 LIDAR-DSM與95年DSM崩塌區平均高程較差 72
圖5.21 點位誤差分布圖 72
圖5.22 95年崩塌區容許誤差範圍 73
圖5.23 LIDAR-DSM 與97年DSM崩塌區平均高程較差 74
圖5.24 點位誤差分布圖 74
圖5.25 97年崩塌區容許誤差範圍 75
圖5.26 LIDAR-DSM與95年DSM崩塌外圍平均高程較差 76
圖5.27 點位誤差分布圖 76
圖5.28 95年崩塌外圍容許誤差範圍 77
圖5.29 LIDAR-DSM 與97年DSM崩塌外圍平均高程較差 77
圖5.30 點位誤差分布圖 78
圖5.31 97年崩塌外圍容許誤差範圍 78
圖5.32 DEM誤差常態分布差異性 79
圖5.33 DSM誤差常態分布差異性 80
圖5.34 95年至97年高程較差色階圖 81
圖5.35 97年至98年高程較差色階圖 82
圖5.36 98年與99年高程較差色階圖 82
圖5.37 各時期之山崩剖面圖(直線段) 83
圖5.38 縱剖面直線段 84
圖5.39 下邊坡橫剖面直線段 84
圖5.40 中間地帶橫剖面直線段 85
圖5.41 上邊坡橫剖面直線段 85
圖5.42 各時期之山崩剖面圖(曲線段) 86
圖5.43 縱剖面曲線段 87
圖5.44下邊坡橫剖面曲線段 87
圖5.45 中間地帶橫剖面曲線段 88
圖5.46 上邊坡橫剖面曲線段 88
圖5.47 災前、後剖面曲線段 89
圖5.48 土體虧損與加積框選範圍 90
圖5.49 猴山岳地區坡面樹木侵蝕範圍 91
圖5.50 縱剖面R-R' (曲線) 92
圖5.51 95與98年DSM平均高程較差(下邊坡) 92
圖5.52 下邊坡較差分布圖 93
圖5.53 95年與98年下邊坡樹木高度較差色階圖 94
圖5.54 95與98年DSM平均高程較差(上邊坡) 94
圖5.55 上邊坡較差分布圖 95
圖5.56 95年與98年上邊坡樹木高度較差色階圖 96
圖5.57 94年樹木高度常態分布 97
圖5.58 95年樹木高度常態分布 97
圖5.59 97年樹木高度常態分布 98
圖5.60各時期正攝後輸出黑白影像 99
圖5.61 PIV計算結果 100
圖5.62 95年植被移動前之正射影像 101
圖5.63 98年植被移動後之正射影像 102
圖5.64 未移動樹木 103
圖5.65 猴山岳滑動邊界 103
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論文全文使用權限:同意授權於2013-01-16起公開