Transcript 航測標 - 國立中興大學

利用無人飛行載具系統
(UAS)獲取環境地形之精度
分析 – 以國立中興大學為例
Accuracy analyses of environmental
topography obtained from unmanned aerial
vehicle system(UAS) – A Case Study in
National Chung Hsing University
報告人：蘇柏軒
學號：7101042023
指導教授：蕭宇伸老師
報告大綱
一、
前言
二、
文獻回顧
三、
研究方法及材料
四、
研究結果與分析
五、
結論
2
前言
文獻
研究
研究動機及目的
成果
結論
• 使用UAS之非常規攝影測量近年來以達到工
程測繪精度要求。
航拍任務
影像處理
正射鑲嵌
• 研究目的：
﹝一﹞控制點分布及航線設計之影響。
﹝二﹞改良航拍任務達到製圖精度。
3
前言
文獻
研究
UAS非常規攝影測量
成果
結論
• 近幾年來，國際社會專注於研究“非常規攝影測量”方
法和過程，如何應用於緊急救援(柯濤，2010)。
• 台灣方面，國道3號邊坡塌方，蕭鎮洋等人(2011)研究
塌陷區地形高程變化，與GPS測量結果之誤差，高程
誤差不超過16公分。
航測標
• Chien-Ting Wu等人(2013)
• 使用UAV重建莫拉克颱風
樂野崩塌區之三維資料計算土
砂流失或增加量。
• 自製航測標
4
前言
文獻
研究
成果
航測軟體Pix4Dmapper
結論
• 改版自Pix4UAV，發展自瑞士EPFL團隊
(C.Strecha等人，2012)。產品：鑲嵌正射影像、
DSM 、三維點雲…等。
• 陳智揚等人(2013)大略介紹Pix4UAV的運作
全自動
特徵匹
配
大量影
像之空
三平差
密集匹
配得共
軛點影
像坐標
前方交
會產生
點雲
內插成
DSM
製作真
實正射
影像
• 李硯婷、蔡展榮(2013)
演算法
SMM
Photosynth
Pix4Dmapper
匹配密度(點/公尺)
1/17.4
1/7.8
1/1
效率(17張)
44mins
1mins
17mins
• SMM 匹配點83%為2~3 重點，Pix4UAV 的匹配
點77%為6~17 重點，Pix4UAV 可靠度優於SMM。
5
前言
文獻
研究方法
研究
成果
結論
三次航拍任務
不同航線
航測標有無
用全測站進行地面測量
特徵檢測點座標
特徵控制點及航測標座標
利用航測軟體Pix4Dmapper處理影像
特徵控制點有無
航測標控制點有無
不同成果做水平高程誤差比較
地表特徵點
樓頂特徵點
6
前言
文獻
三次任務資訊
任務
樣區
UAS類型
相機類型
快門時間
焦距
光圈
航線設計
航高
拍攝時間
相片數量
拍攝日期
拍攝起時
航測標
GSD
﹝一﹞
研究
成果
結論
﹝二﹞
﹝三﹞
國立中興大學校區
固定翼
固定翼
固定翼
Panasonic DMCCanon
Samsung NX200
PowerShot S100
FT2
1/250秒
1/2000秒
1/640秒
24mm
29mm
25mm
f/2
f/3.3
f/2.5~f/9
單S型
單S型
雙S型
340m
325m
420m
5分鐘
12分鐘
21分鐘
59張
53張
162張
2011年11月
2013年3月
2013年6月
AM 10:19
PM 4:25
AM 11:00
無
無
有
7
8.03cm
9.27cm
9.56cm
前言
文獻
研究
航拍任務航線設計
成果
結論
• 航線設計示意圖，左圖為任務﹝一﹞﹝二﹞
之航線，右圖為任務﹝三﹞之航線。
8
前言
文獻
研究方法
研究
成果
結論
三次航拍任務
不同航線
航測標有無
用全測站進行地面測量
特徵檢測點座標
特徵控制點及航測標座標
利用航測軟體Pix4Dmapper處理影像
特徵控制點有無
航測標控制點有無
不同成果做水平高程誤差比較
地表特徵點
樓頂特徵點
9
前言
文獻
特徵控制點
•
1.
2.
3.
4.
5.
6.
研究
成果
結論
特徵點位選擇原則如下：
顏色分明之交界處的直角或端點
不被障礙物遮蔽
不可太接近大樓
不被陰影覆蓋
不易移動之地物
地勢平坦
10
前言
文獻
航測標設置
研究
成果
結論
• 使用於任務﹝三﹞，位置與特徵控制點相似。
• 不考慮是否為
直角或端點及地
物不易移動。
• 其他依舊考慮
11
前言
文獻
特徵檢測點
•
•
•
•
研究
成果
結論
從航空照片上特徵點做為檢測點
地表上12點(紅) 頂樓上11點(黃)
共23個檢測點
G01為中心
12
前言
文獻
研究方法
研究
成果
結論
三次航拍任務
不同航線
航測標有無
用全測站進行地面測量
特徵檢測點座標
特徵控制點及航測標座標
利用航測軟體Pix4Dmapper處理影像
特徵控制點有無
航測標控制點有無
不同成果做水平高程誤差比較
地表特徵點
樓頂特徵點
13
前言
文獻
研究方法
研究
成果
結論
三次航拍任務
不同航線
航測標有無
用全測站進行地面測量
特徵檢測點座標
特徵控制點及航測標座標
利用航測軟體Pix4Dmapper處理影像
特徵控制點有無
航測標控制點有無
不同成果做水平高程誤差比較
地表特徵點
樓頂特徵點
14
前言
文獻
不同成果
研究
成果
結論
任務
無控制點
特徵控制點
航測標控制點
一
○
○
X
二
○
○
X
三
○
○
○
任務三航測標控制點不同分布：
1.外側五點
2.內側四點
3.北方三點
4.南方四點
5.東方四點
6.西方三點
7.十五點控制點+90mDEM
15
前言
文獻
研究
檢測點誤差分析
•
•
•
•
•
成果
結論
將航空攝影測量與地面測量的結果做比較。
以檢測點檢測研究方法之誤差
分成高程誤差及平面誤差來檢視
平面誤差：人工判釋點雲之平面移位圖
高程誤差：人工判釋點雲(慢)比較絕對誤差
DSM網格化(快)比較絕對誤差
• 與農林航空測量所執行航測任務所得精度誤
差25公分比較(李治逸、王韻皓，2012)
16
前言
文獻
研究
結果
結論
誤差分析(地表檢測點之平面誤差)
平面誤差 (一)無控制 (二)無控 (三)無控制
(一)特徵點 (二)特徵點 (三)特徵點 (三)航測標
點
制點
點
(cm)
G01
572.96
1237.09
665.08
40.57
55.54
25.55
25.27
G02
717.44
1280.30
550.72
6.39
2.03
13.40
2.49
G03
822.42
1229.13
603.13
13.51
36.90
34.14
29.90
G04
860.58
1263.55
575.11
11.72
12.05
14.06
4.31
G05
803.47
1260.57
639.88
14.55
27.85
6.58
5.93
G06
651.02
1181.14
785.08
32.85
19.18
19.06
29.16
G07
518.12
1173.84
840.10
47.13
41.76
12.62
9.68
G08
408.06
1210.45
759.94
6.68
24.85
23.44
5.53
G09
226.28
1180.34
817.47
63.95
32.06
12.29
9.67
G10
191.93
1192.78
783.52
6.81
22.41
10.44
20.71
G11
343.30
1201.30
700.98
0.92
16.50
18.92
10.84
G12
553.18
1250.73
593.95
46.08
24.29
7.16
17.26
平均誤差
555.73
1221.77
692.91
24.26
26.28
16.47
14.23
標準誤差
227.68
36.75
101.79
20.80
14.15
8.12
9.89
17
前言
文獻
研究
結果
結論
誤差分析(樓頂檢測點之平面誤差)
平面誤差 (一)無控制 (二)無控制 (三)無控制
(一)特徵點 (二)特徵點 (三)特徵點 (三)航測標
點
點
點
(cm)
H01
251.91
1161.88
777.11
20.86
15.28
12.78
21.00
H02
243.48
1184.09
707.06
35.34
12.68
25.12
20.89
H03
239.52
1221.86
661.27
101.27
57.88
39.91
51.62
H04
593.17
1167.21
618.32
29.06
33.75
27.67
26.69
H05
556.08
1239.75
586.37
38.80
105.43
66.34
59.17
H06
963.63
1238.76
506.08
27.81
62.94
34.61
15.45
H07
513.49
1178.24
829.01
84.00
39.01
68.26
59.73
H08
499.16
1137.76
753.11
28.36
9.01
30.37
13.42
H09
553.42
1139.30
724.08
67.95
22.91
23.42
16.17
H10
324.41
1123.91
852.42
60.24
53.26
19.21
39.80
H11
295.16
1213.65
757.25
60.30
68.69
50.34
20.28
平均誤差
457.59
1182.40
706.55
50.36
43.71
36.18
31.29
標準誤差
218.64
41.16
105.25
26.28
29.37
18.39
17.96
18
前言
文獻
平面移位圖
研究
結果
結論
平面/ 十五點
高樓 控制點
平均
誤差
14.23/
31.29
標準
誤差
9.89/
17.96
19
前言
文獻
平面移位圖
研究
結果
結論
平面/ 外側五
高樓 點控制
平均
誤差
13.90/
34.24
標準
誤差
8.81/
16.50
20
前言
文獻
平面移位圖
研究
結果
結論
平面/ 內部四
高樓 點控制
平均
誤差
13.69/
34.26
標準
誤差
10.23/
18.24
21
前言
文獻
平面移位圖
研究
結果
結論
平面/ 東側四
高樓 點控制
平均
誤差
14.63/
31.05
標準
誤差
7.93/
9.87
22
前言
文獻
平面移位圖
研究
結果
結論
平面/ 西側三
高樓 點控制
平均
誤差
19.76/
56.45
標準
誤差
10.66/
17.95
23
前言
文獻
平面移位圖
研究
結果
結論
平面/ 南側四
高樓 點控制
平均
誤差
18.87/
36.43
標準
誤差
9.23/
21.02
24
前言
文獻
平面移位圖
研究
結果
結論
平面/ 北側三
高樓 點控制
平均
誤差
15.79/
35.07
標準
誤差
8.59/
16.05
25
前言
文獻
研究
人工判釋之高程誤差
結果
結論
高程誤差(cm) (一)無控制點 (二)無控制點 (三)無控制點 (一)特徵點 (二)特徵點 (三)特徵點 (三)航測標 (三)內
(三)外
(三)東
(三)南
(三)北
(三)西
G01
420.79
538.42
568.52
-148.80
-49.75
16.59
2.22
7.33
4.99
-24.54
85.20
30.43
237.46
G02
535.70
317.54
506.35
1.10
9.51
7.02
4.11
5.68
5.40
-57.94
110.78
28.28
102.05
G03
464.68
488.94
508.70
-15.33
5.52
5.18
-6.40
19.03
-1.00
-56.73
65.08
32.26
115.22
G04
437.90
506.60
503.81
-8.83
-1.31
9.71
11.65
21.20
3.36
-47.63
61.76
50.89
88.71
G05
383.40
620.68
537.21
-8.92
4.37
35.18
7.34
45.75
13.46
-31.77
57.26
39.94
182.90
G06
313.04
753.58
609.85
50.97
15.70
31.81
-7.16
1.17
11.28
-22.06
18.00
37.36
347.07
G07
337.17
682.94
590.07
-2.73
-18.56
4.63
11.44
7.51
-5.68
-3.02
57.49
28.18
407.66
G08
414.54
594.51
600.34
-99.34
-9.09
21.12
24.51
22.90
17.29
6.81
96.56
22.71
398.98
G09
483.15
520.51
623.29
16.63
-11.62
7.29
6.87
-23.50
-10.08
-7.35
106.97
6.34
433.92
G10
472.01
414.03
620.90
-29.73
36.13
-7.61
15.59
-15.55
-8.62
-2.17
165.81
12.60
406.62
G11
542.43
282.97
580.36
-32.07
-51.23
-21.78
-5.88
3.98
11.85
-21.41
148.73
-3.33
333.21
G12
557.94
263.83
559.50
-23.90
11.53
-4.12
-8.28
-1.64
-15.24
-53.56
133.63
5.20
177.91
446.89
498.71
567.41
-25.08
-4.90
8.75
4.67
7.82
2.25
-26.78
92.27
24.24
269.31
平均誤差
78.28
155.76
44.46
52.42
25.58
16.08
10.30
18.22
10.42
22.92
43.23
16.08
132.53
標準誤差
B01
488.35
387.93
627.90
28.77
118.78
8.40
41.67
29.32
49.25
27.04
149.47
33.78
416.97
B02
550.79
391.51
632.09
11.73
54.83
-46.98
25.16
-92.59
-29.38
-7.22
202.45
2.42
368.60
B03
518.75
226.92
628.08
7.27
-71.35
10.88
0.12
28.89
-16.93
-21.50
220.96
19.71
330.78
B04
552.60
404.67
609.43
35.43
87.57
131.04
76.81
68.37
66.82
36.12
149.35
88.39
257.34
B05
485.64
215.96
527.06
-36.10
-31.24
-16.38
-25.54
-8.25
-11.84
-41.49
112.80
14.35
150.98
B06
400.77
443.76
454.62
-48.95
-31.87
-70.66
-42.34
-40.28
-75.47
-79.11
14.03
5.81
17.05
B07
373.04
774.80
730.30
95.09
65.88
70.68
43.87
44.56
45.14
81.94
153.67
97.61
546.95
B08
494.03
671.05
701.94
103.61
81.48
31.92
99.03
136.42
70.14
70.86
117.07
149.26
401.58
B09
445.95
714.30
607.51
44.21
47.27
27.26
47.70
21.70
35.44
36.83
67.41
-15.62
401.47
B10
392.57
599.99
680.71
-33.44
36.33
72.87
57.13
61.40
75.59
31.95
158.80
114.15
574.94
B11
492.19
614.14
701.22
59.12
92.91
63.33
81.54
88.77
73.42
95.99
184.03
107.95
506.04
472.24
495.00
627.35
24.25
40.96
25.67
36.83
30.76
25.65
21.04
139.09
56.16
361.16
平均誤差
61.72
191.12
80.68
50.84
60.48
58.02
44.40
62.40
50.95
53.84
59.59
56.23
167.91
標準誤差
26
前言
文獻
研究
結果
結論
DSM網格化之高程誤差分析(未完成)
高程誤差(m)
(一)特徵 (二)特徵 (三)特徵 (三)航測 (三)內
(三)外
(三)北
(三)南
(三)東
(三)西
平均誤差 標準誤差
G01
1.46
0.04
1.51
-1.96
0.45
2.32
-1.70
-1.16
-2.29
7.85
0.65
2.99
G02
0.87
2.57
2.96
3.78
4.21
4.04
1.83
5.19
1.70
5.09
3.22
1.48
G03
1.80
3.15
2.18
2.09
2.20
1.85
2.23
2.81
1.42
3.09
2.28
0.57
G04
-3.07
-1.99
-2.96
-2.94
-2.88
-3.06
-2.50
-2.44
-3.45
-1.96
-2.72
0.49
G05
0.75
-1.38
0.99
0.44
1.38
1.22
3.36
2.21
0.14
1.48
1.06
1.26
G06
-0.71
1.16
-0.75
-2.07
-2.09
-2.72
-1.30
-1.16
-1.22
0.27
-1.06
1.15
G07
0.27
3.26
3.31
0.37
2.96
1.56
2.08
-0.09
2.06
8.16
2.40
2.38
G08
7.92
10.03
10.30
9.32
9.95
10.19
9.75
9.12
4.69
7.83
8.91
1.73
G09
0.40
4.06
4.13
4.62
4.57
4.11
3.95
5.58
4.13
8.87
4.44
2.05
G10
6.38
5.39
4.12
6.53
4.88
7.73
5.07
7.84
7.31
10.74
6.60
1.93
G11
1.04
0.82
-0.29
-0.31
-0.52
-1.09
0.08
1.08
-0.87
2.97
0.29
1.22
G12
-6.40
-6.28
-6.97
-6.43
-6.58
-6.81
-6.91
-5.37
-7.28
-4.84
-6.39
0.75
0.89
1.74
1.55
1.12
1.54
1.61
1.33
1.97
0.53
4.13
平均誤差
3.73
4.09
4.23
4.40
4.32
4.70
4.24
4.35
3.94
4.79
標準誤差
B01
-0.80
0.70
2.11
0.06
2.26
-0.19
1.82
1.06
0.37
3.70
1.11
1.36
B02
-4.96
-5.34
-12.18
-12.24
-11.76
-6.04
-7.93
-7.78
-12.58
-8.39
-8.92
3.03
B03
-11.78
-5.90
-30.78
-20.03
-30.48
-17.79
-14.02
-29.18
-31.11
-27.86
-21.89
9.23
B04
-17.64
-19.01
-17.88
-18.11
-18.00
-17.53
-17.96
-16.88
-18.41
-16.09
-17.75
0.80
B05
-39.96
-29.87
-39.43
-39.92
-40.26
-26.02
-38.96
-39.03
-40.70
-37.20
-37.13
5.02
B06
-13.38
-13.74
-12.85
-16.55
-12.60
-13.68
-12.92
-12.49
-17.79
-13.30
-13.93
1.78
B07
-14.06
-14.49
-14.01
-13.96
-14.33
-15.30
-14.09
-13.73
-14.98
-10.13
-13.91
1.41
B08
4.45
5.92
5.51
5.63
5.65
5.51
5.59
6.35
5.30
8.44
5.83
1.03
B09
-10.48
-7.82
-12.12
-11.79
-11.65
-11.81
-11.78
-11.13
-12.14
-8.31
-10.90
1.58
B10
-34.28
-32.69
-34.17
-34.00
-34.80
-34.49
-34.60
-33.93
-34.60
-29.72
-33.73
1.53
B11
-10.19
-10.83
-7.27
-11.45
-11.52
-8.97
-10.07
-9.00
-8.47
-6.38
-9.42
1.72
-13.92
-12.10
-15.73
-15.67
-16.14
-13.30
-14.08
-15.07
-16.83
-13.20
平均誤差
13.14
11.78
14.18
13.03
14.25
11.19
13.25
14.02
14.11
13.89
標準誤差
27
前言
文獻
研究
結果
結論
DSM網格化之高程誤差分析(未完成)
28
前言
結論
文獻
研究
結果
結論
一. 加入地面控制點對於提升精度有顯著的效果。
二. 航測標精度較好原因：相對於特徵控制點，方
便判釋，控制點的位置較容易設計。
三. 任務(三)之雙S型航線之精度除了無控制點的
狀況是足以滿足農林航空測量所之精度。
四. 大樓特徵點移位大多數為向大樓內部移位。
五. 控制點在內部時，大樓特徵點向外移位增加
六. 控制點在外部時，大樓控制點向內移位增加
七. 僅有單側控制會讓另一側變形。
29
前言
結論
文獻
研究
結果
結論
七. 人工判釋點雲高程誤差可在50公分以下。
八. 將DSM網格化測量高程精度雖然較快，但對
突高的地形(大樓)易有較大的誤差。
未完成研究
一. 完成DSM網格化測量高程誤差分析。
二. 比較雙S型航線與單S型航線單側控制之誤差。
30
THANK YOU FOR YOUR
LISTENING
31