定翼高酬载UAV搭载五相机直接地理定位之精度分析Direct-Mipaper.PDF

定翼高酬載UAV搭載五相機直接地理定位之精 度分析 Direct Geo-referencing Accuracy Analysis of A High Payload UAV Integrate with Five Cameras 李易唐1 饒見有 2 詹鈞評3 Yi-Tang Li Jiann-Yeou Rau Jyun-Ping Jhan 4 5 劉暹 李文慶 Kircheis Liu William Lee 摘 要 台灣因位於北太平洋的颱風路徑上，每年平均受到 3-4個颱風侵襲，而每當風 災過後，山區時常需要快速取得大範圍的影像以供災情決策分析。因此在本研究 中，便發展高酬載定翼無人機藉由搭載 5台 DSLR相機，並調整相機的拍攝角度 ， 使得整個系統能夠 達到 127度之視野角(FOV) 以達大範圍取像的需求。同時機上亦 搭載戰術等級的 IMU 與雙頻GPS 天線，以供直接地理定位快速獲取災區地理位置。 在直接地理定位的率定部分，本研究中採用經嚴密空三平差程序獲得影像的外方 位參數，以便 與POS解算成果 進行二階段系統率定，並將率定後IMU 至相機的軸 角與固定臂成果，套用至其他影像 ，以便進行定位精度分析 。由空三平差結果顯 示，結合傾斜影像 比僅使用垂直照片時更能提 升高程方向的 精度 ，且經立體製圖 檢驗各相機後，平面精度約在 0.11~0.53 公尺，高程精度則約在0.43~0.68 公尺， 足以符合中 大比例尺製圖精度的 需求。而在直接地理定位精度分析中，在航高900 公尺時，平面的絕對定位誤差可小於 1 公尺，但三維之整體定位誤差卻在 4-6 公尺。 研究 成果顯示，以定翼高酬載無人機搭載五相機進行空中三角測量後在大範圍製 圖 上具有相當大的潛力 ，而直接地理定位的三維定位精度也可符合災後快速災情 蒐集的應用需求 。 關鍵字 :UAV 、直接地理定位、製圖、災害調查 1 國立成功大學測量及空間資訊學系 碩士生 2 國立成功大學測量及空間資訊學系 副教授 3 國立成功大學測量及空間資訊學系 博士生 4 日成航太科技股份有限公司 處長 5 天空飛行科技股份有限公司總經理 前言 在台灣，平均每年有三到四個颱風會侵襲這座島， 而每個颱風一般都會帶來 超過 800毫升的累積降雨量。2009的 8月，莫拉克颱風摧殘這座小島整整三天， 最大的累積雨量達 3060毫升 ，這在台灣山區造成嚴重崩塌與平地的淹水情形 。而 利用有人飛行載具與直升機 進行災害影像蒐集工作 ，雖然 具高載重並能夠搭載較 高規格的 攝影系統或雷射掃描儀，但卻也有很高的人 身安全與器具的風險。因此 應用無人機發展一種有效率且彈性的飛行載具平台對於災害管理的影像資料蒐集 是相當重要的。 相較於有人飛行載具，無人飛行載具(Unmanned Aerial Vehicle, UAV是一) 種 具 有高機動性且較低成本的平台 ，但往往受限於載重、 空間與飛行時間，因此大多 只能搭載較小規格的消費型相機 進行小範圍區域的影像蒐集 ，或者需要執行多條 航線以獲取足夠重疊率的相片供空三平差處理 。因此，本研究中應用高酬載定翼 型 UAV搭載五台觀測方向不同的 DSLR 相機 ，能提高整體FOV 並減少航帶數量 進而節省時間成本 。同時 機上亦搭載戰術等級 POS 定位定向系統供 直接地理定位 求取影像的高精度外方位參數，以達快速災情蒐集之應用。 傳統上以空中三角測量求解航拍影像外方位參數時 ，首先透過自動影像匹配 得到連結點影像座標，再使用地面控制點進行基準轉換，因此又稱間接地理定位 (Indirect Georeferencing) 。若機上搭載GPS設備，其觀測量便