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論文中文名稱:無人飛行載具真實三維模型建模精度評估 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Quality evaluation of true 3D model based on unmanned aerial vehicle-derived image [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:103
畢業學期:第二學期
中文姓名:林秋芬
英文姓名:Chiu-Fen Lin
研究生學號:102428026
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2015/07/13
指導教授中文名:張國楨
口試委員中文名:王泰典;林銘郎;葉恩肇
中文關鍵詞:無人飛行載具真實三維模型數值地形模型地面控制點精度
英文關鍵詞:unmanned aerial vehicletrue three-dimensional modeldigital terrain modelground control pointsquality evaluation
論文中文摘要:近年來無人飛行載具(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)是相當熱門的技術,可應用在軍事用途、治安情報、都市計畫與災害防治等。在災害防治上可於第一時間到達災害發生地點進行拍攝,獲得第一手災區影像,建置真實三維模型來進一步了解災區的狀況,以利相關單位進行任務,及提供後續災區復原計畫的參考依據。
真實三維模型相較於數值地形模型(Digital Terrain Model, DTM)更貼近現實環境。其逼真的3D環境,突破2.5維數值地形模型生成的成果,可達到真實呈現各個建物之外觀與特色。2.5維模型,如數值地形模型,只會記錄著最高點位置的高程資訊,最高點位置以下是完全沒有資訊的,而三維模型在同個點位上會記錄著不同的高程資訊,在3維模型上可以得到比2.5維模型更多的資訊,且3維模型可以呈現出物體的真實樣貌。本研究即在討論真實三維模型之建模精度評估及不同載具、設備等對模型之影響。
本研究在同一區域,分別使用旋翼及定翼兩種無人飛行載具搭載不同相機,及地面控制點(Ground Control Point, GCP)的分布與數量的設計,對真實三維模型做精度評估。一般軟體無法直接進行三維模型的分析,故建置出真實三維模型後,需再轉換成數值地形模型來進行分析。研究成果顯示控制點的分布最為重要,若於研究區域邊界附近設置控制點,可減少模型邊界的誤差。研究結果顯示真實三維模型DTM成果之高程精度,與現有之LiDAR數值地形模型相比,其高程差可控制於±20公分以內。模型比較時,其點位資料易受是否為裸露影響,而造成較大誤差,故在設置點位時應注意附近是否容易受到植被影響。
模型解析度主要受影像解析度之影響,另外相片重疊度、相機亦造成不小影響。轉換出之DSM及真實正射影像的細緻度、解析度會受真實三維模型成果的影響。比較真實三維模型DTM與一般數值地形模型,發現真實三維模型DTM的細緻度較好,且可完整呈現出物體之形狀及外貌,也不易有軟體於判斷時產生的錯誤及雜訊的產生,而影響模型的品質。若拍攝之原始像片的解析度及重疊率高,可建置出細緻度及解析度較好之真實三維模型,再加上控制點,即可獲得較高精度之真實三維模型,而控制點數量的多寡及位置對於模型相對精度的影響不大。
論文英文摘要:In recent years, Unmanned Aerial Vehicle (UAV) becomes a fashion technology, especially for military application, urban planning and disaster prevention…etc. For hazard investigation and mitigation, if UAV technology is applied, which may useful for the hazard identification, zonation, then the images can serve for true 3D model construction to evaluate the hazard.
True 3D model compared to Digital Terrain Model (DTM) is closer to the real world, in terms of the resolution, the precision and the quality of the dataset. 3D model can show the appearance and characteristics of the buildings. The 2.5D model, such as digital terrain model, it records only the highest point elevation information, below the highest point has no information. Nevertheless, the true 3D model records different elevation information in the same horizontal position, so provides more realistic information in 3D dimension, so as to shows the true appearance of the object.
In this study, two kinds of drones, the fixed-wings and the multi-copters, were used. We evaluation the true 3D models for the same study area. Several factors, including different platform, different digital camera, different fly height, different overlap percentage, and different number and group of GCPs, were discussed. Unfortunately, for the moment, the available software is not able to analyze the 3D model directly, so after build the true 3D model, we convert the 3D model to DTM for analyze, by means of GIS software. The result finds the distribution and the amount of the GCPs are important for absolute geopositioning. If some GCPs located near by the borderline of the area, it will reduce the error, especially for the boundary area. The current result shows that the precision of the DTM could be better than 20cm, compared with the airborne LiDAR data. Compared the true 3D model-associated DTM with the general DTM, the 3D model DTM can show more detail, and few errors and noise generated with. In inclusion, the resolution of the image, the coverage, the cameras, the fly-height… etc, are the key factors, affecting the quality of the true 3D model. However the number and the distribution of the GPCs affect only the absolute precision of the model.
論文目次:摘要 i
ABSTRACT iii
致謝 v
目錄 vi
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1研究動機與目的 1
1.2研究區域 2
1.3研究流程 3
1.4論文大綱 4
第二章 文獻回顧 5
2.1攝影測量介紹 5
2.2航空攝影測量原理 6
2.2.1空中三角測量 6
2.2.2飛機姿態 6
2.2.3像片之重疊 7
2.2.4像片座標 9
2.2.5內方位參數 9
2.2.6外方位參數 10
2.2.7共線方程式 11
2.2.8光束平差法 12
2.3無人飛行載具介紹 13
2.4真實三維模型建置 16
2.4.1真實三維模型介紹 16
2.4.2 Smart3DCapture™簡介 18
2.5 數值地形模型介紹 19
第三章 研究方法 20
3.1 研究設計 20
3.1.1使用之無人飛行載具 20
3.1.3使用之相機 23
3.1.1航線規劃 24
3.1.4影像資料與地面控制點 26
3.2全測站介紹 31
3.2.1全測站作業步驟 31
3.2.2 全測站測量誤差 33
3.3 e-GPS測量 34
3.4研究方法流程 36
第四章 研究成果 37
4.1真實三維模型 37
4.1.1 MD4-1000影像建置真實三維模型成果 37
4.1.2 SV-1000影像建置真實三維模型成果 41
4.1.3 Skywalker X8影像建置真實三維模型成果 43
4.2 數值地表模型 45
4.2.1 MD4-1000真實三維模型轉換DSM成果 45
4.2.2 SV-1000真實三維模型轉換DSM成果 49
4.2.3 Skywalker X8真實三維模型轉換DSM成果 51
4.3真實正射影像 53
4.3.1 MD4-1000真實三維模型轉換真實正射影像成果 53
4.3.2 SV-1000真實三維模型轉換真實正射影像成果 56
4.3.3 Skywalker X8真實三維模型轉換真實正射影像成果 58
4.4平差 60
第五章 成果討論 63
5.1地面控制點與誤差關係 63
5.1.1 NO GCP誤差分布 63
5.1.2 5 GCP誤差分布 66
5.1.3 All GCP誤差分布 68
5.2 DSM平差後誤差結果 71
5.2.1 DSM全區域誤差結果 71
5.2.2 A剖面平差後誤差結果 73
5.2.3 B剖面平差後誤差結果 75
5.3真實三維模型之DSM與一般DSM 79
5.4不同影像之真實三維模型比較 84
5.5 SV-1000搭載QX100影像重疊率不足原因 87
第六章 結論 89
參考文獻 91
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15.Smart3DCapture 使用手冊
16.Acute3d網站 http://www.acute3d.com/
17.訊聯光電有限公司網站 http://www.linkfast.com.tw/product_acute3d_a.html
18.Leica Flex Line TS06用戶手冊
19.維基百科 http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page
論文全文使用權限:同意授權於2015-07-30起公開