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論文中文名稱:無人機光達系統率定及平差之精度評估 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:UAS LiDAR system calibration and data validation [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:土木工程系土木與防災碩士班
畢業學年度:106
畢業學期:第二學期
出版年度:107
中文姓名:江晉霆
英文姓名:Chiang , Chin-Ting
研究生學號:105428024
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2018/06/19
論文頁數:97
指導教授中文名:張國楨
指導教授英文名:Chang, Kuo-Jen
口試委員中文名:王泰典;葉恩肇;謝有忠
中文關鍵詞:無人機系統光達數值高程模型精度解晰度穿透率
英文關鍵詞:Unmanned Aerial VehicleLiDARdigital elevation modelprecisionresolutionpenetration
論文中文摘要:台灣山多平原少,且地形陡峭,導致山崩、土石流等災害頻傳,地貌變化迅速。高精度的數值地形模型如果能夠即時快速地產出,即可作為災前災後的地形比對依據,也能做為地表變異分析,並可提供相關建設工程之參考。無人機載光達系統技術可即時、快速地產製高精度的地形資訊,符合上述資訊之需求。因此本研究引進相關之軟硬體設備,進行儀器整合,相關資料分析工作,並探討此技術之成效。本研究之研究區域分別在花蓮縣光復鄉飛行場、花蓮縣三民村、花蓮縣瑞穗鄉吉蒸牧場等地區進行資料採集及資料分析。
在進行正式UAV LiDAR飛航作業前,先參考相關規範,並於自行修正後進行率定作業,率定場設在花蓮縣光復鄉飛行場。率定完成後便執行LiDAR飛航掃瞄作業,將擷取之資料進行分類,並建置出數值地形模型。除了儀器率定外,也對光達所獲取之點雲進行平差工作,以探討其模型精度,並比較不同區域、不同航次之飛航掃瞄成果。而光達的多重回波特性,使我們能夠獲取較多的地面點點雲,因此,將整個模型進行點雲分類,可分類出較多地面點,達到判釋地形及道路之目的。本研究也針對密林區進行穿透率探討。本研究成果指出: 1. 相對區域範圍較大及地形較複雜之區域,規劃多條航線,有助於航帶平差之計算; 2. LiDAR的多重回波特性,能有效獲取地面點;植被覆蓋區獲取地面點的成效不錯,並能達到地形、道路判釋的目的;3. 無人機光達系統所產製出來的數值地形模型整體高程誤差5公分,能提供實務應用上所需的準確空間資訊;4. 無人機光達系統的高程誤差遠小於空載光達的高程誤差,因此可以得到無人機光達所建置出的模型精度優於空載光達這項結論。
論文英文摘要:Taiwan is a mountainous region. Causing frequent catastrophes such as landslides and debris flow disasters, the landform changes rapidly. If a real-time high precision numerical terrain model can be output quickly, it can compare between the post disaster and original terrain easily. In the same time, a surface variation analysis can be provided and make it the reference for construction engineering. The main feature of UAV-LiDAR system (UAS) is this system can rapidly produce real time accuracy numerical terrain model. Therefore, this study introduces the related software and hardware device, carries on the instrument integration, data analysis, and the effect of this technology. In this study, it focused on three research areas, Sanmin, Yuli Township, Hualien County, Guangfu Township, Hualien County, and Ruisui Township, Hualien County.
Before proceeding the formal UAV LiDAR flight operations, first, it must consult the relevant specifications and conduct calibration after self-revision. Second, after the completion of calibration, it implement the LiDAR aerial scanning operation, the data can calculate and construct the numerical terrain model. By using data adjustment, it can eliminate the systematic altitude deviation, and explore the accuracy of the point cloud model. The penetration rate of dense forest was also studied. The results of this study point out that: 1. For the larger regions and more complicated terrain, planning multiple routes is conducive to the calculation of navigation band adjustment. 2. Multiple echo characteristics of LiDAR can obtain ground points effectively; The results of obtaining ground point in vegetation cover area are fine, and the purpose of terrain road interpretation can be achieved. 3. The overall elevation error of the numerical terrain model produced by the UAV LiDAR system is 5 cm, which can provide accurate spatial information for the need of practical application. 4. The altitude error of UAV LiDAR system is far less than airborne LiDAR system, thence it can be concluded that the accuracy of the model built by UAV LiDAR system is more proficient than the airborne LiDAR system.
論文目次:目錄
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
1.2.1 光復鄉 2
1.2.2 三民村 4
1.3 研究流程 6
1.4 論文大鋼 7
第二章 文獻回顧 8
2.1 無人飛行載具 8
2.2 光達技術 9
2.2.1 無人機光達系統 10
2.2.2 雷射測距 11
2.2.3 座標系統轉換 13
2.2.4 光達多重回波特性 15
2.2.5 航帶平差 16
2.3 數值地形模型 17
2.3.1 數值地形模型精度與品質 19
第三章 研究方法 20
3.1 研究方法與流程 20
3.2 無人機光達系統規格介紹 21
3.2.1 無人飛行載具 21
3.2.2 雷射掃描儀 22
3.3.3 慣性測量系統 23
3.3 光達率定 24
3.3.1 光復飛行場 24
3.3.2 人工構造物 25
3.4 航帶平差 26
3.5 現地量測 30
3.5.1 檢核點量測 31
3.5.2 靜態量測 33
第四章 研究成果 34
4.1 現地量測成果 34
4.1.1 光復測量成果 34
4.1.2 三民村測量成果 38
4.2 率定成效 41
4.2.1 飛行場模型 41
4.2.2 人工構造物擺放位置圖 42
4.2.3 實際尺寸與模型尺寸對比 43
4.3 航帶平差成效 46
4.3.1 以模型檢視成效 46
4.3.2 以檢核點檢視成效 58
4.4 穿透率成效 62
4.4.1點雲分類與濾除 66
第五章 成果討論 72
5.1 飛航設置 72
5.2 無人機光達與空載光達比較 75
5.2.1 地形判釋 76
5.2.2 高程檢核 82
5.2.3 空間資料比較 83
第六章 結論與建議 91
6.1 結論 91
6.2 建議 92
參考文獻 93
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論文全文使用權限:同意授權於2020-08-02起公開