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1、2005 台灣地資訊學會會暨學術研討會文集 無人載具（無人載具（UAV）應用於海岸濱線追蹤調查）應用於海岸濱線追蹤調查 以鹽沙灘為以鹽沙灘為 黃昭雄1 徐2 朱子豪3 Chao-Hsiung Huang1, Yi-Shuang Shiu 2, Tzu-How Chu 3 摘要摘要 台灣地區因天候變化大，分析各項遙測載具以機動性、空間解析及受天 候影響程看，無人載具（Unmanned Aerial Vehicle ,UAV）受到霧及低雲的直 接影響較低，且機動性高，相較於其他遙測載具，其所花費之成本卻相對低很 多，非常適合小區域之定期監控。 藉由無人載具定期進海岸線空拍結合影像校正作業，有助於沙
2、灘消長之 追蹤監測分析，且詳實記海岸的變化過程、濱線變化測及同時期濱線變化 之比較。並透過史航空照片及已有的海岸與海底地形資蒐集，可進史濱 線變化的比對，合研判鹽海岸之長期變化趨勢。 本計畫所使用之無人載具UAV為翼展3公尺，機身長2.2公尺，使用100CC雙 汽缸汽油引擎，可酬載6-10公斤，載具上設備有 1.GPS進無人載具空間定 位，透過晶片組結合視訊畫面由微波傳送資 2.微波視訊即時監控系統-可提 供地面現況、UAV航高、航速等資訊供地面操作人員考 3.位相機-630萬畫 （30722048）單眼位相機搭配50MM標準鏡頭。 研究區域透過無人載具UAV進濱線監測，較之衛星具有低成本、高
3、機動 性、高效及可雲下飛之優點；在各式航空器與無人載具UAV中，小型固定翼UAV載具應用於本計畫之適用性高於旋翼UAV及大型載人固定翼航空器。 海濱為天候因素最難掌握、最複雜之飛區，此計畫成果驗證無人載具UAV 之技術與實質應用成效。 關鍵字：遙測、無人載具 Key Word：Remote sensing、Unmanned Aerial Vehicle （UAV） 1國台灣大學學院空間資訊研究中心研究員 2國台灣大學地環境資源學系碩士班研究生 3國台灣大學地環境資源學系教授 12005 台灣地資訊學會會暨學術研討會文集 第一章 前言 第一節 第二節 一、 第一節 一、 計畫範圍與目的 本計畫範
4、圍位於東角海岸國家風景區內 （圖 1） ，起鹽海濱公園，南至海水浴 場，全程海岸線長約 3.5 公。 本計畫由中興工程委託，其目的在於藉由 定期無人載具（Unmanned Aerial Vehicle ,UAV） 空拍作業，對本區海岸的變化過程進記及 濱線變化測，以比較濱線之變化。 圖1 計畫範圍 計畫工作內容 定期 UAV 空拍作業 自 93 4 月起，原則上每月進一次觀測區的無人載具(UAV)空拍與 濱線變化測，遇天氣況，則順延作業，共進十八次 UAV 沙灘 空拍作業。 第二章 作業程序與方法 本計畫自九十三四月起開始進作業規劃、設計、試做作業與正式作業， 並根據作業需求、氣候因素，持續改
5、作業程序與方式。 前置作業 地面控制點解算 地面已知位置 ( 座標或高 ) 之點，同時又可在航照影像上確認時， 可為航照影像之地面控制點（Ground Control Point,GCP） 。地面控制點可 用作幾何校正及提供高及水平座標計算之基礎，並用地面控制點 計算航高及基底長。 22005 台灣地資訊學會會暨學術研討會文集 （一） 地面控制點解算原 本計畫所使用之位相機解析為 630 萬像素 （30722048） ，地 面控制點之解算原（考 圖 2）如下： UAV 航高（m） ：H 相機焦距（mm） ：f 地面解像： SA=（A/3072）H/f SB=（B/2048）H/f 地面實際片幅
6、： C=SA 3072 D=SB 2048 圖 2.地面控制點（GCP）解算原 （二） 地面控制點解算 1、 地面控制點 GCP 解算 因應作業地點軟質沙地地形以及隨之而的冬季東季風氣 候，隨著UAV載具的新以及GCP控制點的重新選取、佈設，所規 劃之UAV航高為 900 公尺，相片解像、影像涵蓋範圍以及所需 GCP如表 1所示。 表 1. 地面控制點 GCP 所需以及相片解像 項目 內容 航高 900 公尺 相機鏡頭焦距 50mm 相機畫素 630 萬（30722048） 底片規格 22.715.1mm 11.88cm 地面解像 （長，東西向） 11.85cm 地面解像 （寬，南向） 圖幅（
7、長，東西向） 245.8m 圖幅（寬，南向） 368.6m 二、 地面控制點佈設 （一） 地面控制點佈設作業 因應作業方式與機具的改，地面 控制點佈設之位置多移至步道或礁石等 固定地點，以減少每次空拍作業動態點 位鋪設人與時間成本， 圖 3為選定之地面控制點分佈圖。 圖 3. 地面控制點 GCP 分佈圖 32005 台灣地資訊學會會暨學術研討會文集 三、 地面控制點 RTK 測 為使後續空拍影像能有準的（公分級）地面控制點資，本計畫使用 Trimble 5800 RTK（Real Time Kinematic）進地面控制點檢測，並進高 程測，表 2為Trimble 5800 之基本規格，圖 4
8、則為RTK現地檢測作業畫面。 表 2.Trimble 5800 RTK 基本規格表 定位 電碼差分定位 水平 垂直 WASS 差分 0.25m + 1ppm RMS 0.55m + 1ppm RMS typically 5m 3DRMS 靜態及快速靜態測 水平 垂直 5mm + 0.5ppm RMS 5mm + 1ppm RMS 即時動態差分 水平 10mm + 1ppm RMS 20mm + 1ppm RMS 垂直 初始化可靠 typically 99.9% 圖 4.RTK 現地檢測作業畫面 第二節 一、 現地空拍作業 現地空拍作業，可分為前置作業與空拍作業部分，以下分別敘述之。 前置作業準
9、備 （一） UAV 載具 初期UAV載具，無是引擎馬、機體抗風性或是酬載重均無 法完全滿足作業需求，因此於九十三八月進UAV新，表 3為現 UAV載台規格表。圖 5為現階段UAV載具。 表 3. UAV 載台規格表 項目 現階段 UAV 翼展 3M 翼寬 47 cm 翼厚 6.7 cm 機身長 2.2M 引擎 100CC 雙汽缸汽油引 擎 酬載 6-10 公斤 圖 5. UAV 載具機身畫面 42005 台灣地資訊學會會暨學術研討會文集 （二） 微波視訊即時監控系統 UAV 載具上除裝設位 相機外，另裝置微波視訊即時 監控系統，可提供地面現況、 UAV 航高、航速、座標等資訊 給地面操作人員考
10、。 圖 6.微波視訊即時監控系統畫面 （三） GCP 辨布 為使能從空拍影像判釋地 面控制點，除於步道上之固定控 制點有油漆製作之航標點，均質 之沙灘則鋪設GCP辨布（每組 約 1MX2M）做為沙灘面之地面 控制點。 （圖 7） 。 圖 7.設置於沙灘上之 GCP 辨布 二、 UAV 空拍作業 當現場動態控制點設置、UAV 載具檢測以及相關儀器（位相機、微 波視訊即時監控系統）檢測等前置作業完成後，即可進空拍作業。 52005 台灣地資訊學會會暨學術研討會文集 第三節 一、 室內影像處作業 現場空拍作業完成後，後續作業需進影像幾何校正與正射化處，最 後再進濱線的繪製，以下分項詳述之。 鏡頭定、
11、正射化作業 欲進空拍影像之幾何校正與正射化，需先取得拍攝鏡頭之定， 以進內方位校正，以避免因鏡頭本身之誤差造成影像形變，影響後續濱 線繪製作業，此部分作業由中華民國航空測及遙感探測學會協助進 定（圖 8） 。 外方位校正部分包含幾何校正與正射化 ， 使用前述RTK所測定之地面控 制點座標值（X,Y,Z）進校正作業（圖 9） 。 圖 8.鏡頭定作業 圖 9.IMAGINE 正射化作業畫面 二、 濱線繪製原則 本計畫的重點工作項目之一在於判釋並繪製每期海岸濱線，目前所使 用的濱線繪製原則如下： （一） 海水面與沙灘之交界 此種型較為常，由於拍攝時間選定於潮汐低潮位時 間，因此直接定義海水面與沙灘之
12、交界為濱線。 （二） 海水面與礁石之交界 此種型為海水被礁石阻隔，因此以沙灘與礁石之交界作 為濱線。 （三） 越過礁石之海水面與與沙灘之交界 此種型與第二型似，唯海水面越過礁石與沙灘交 界，因此仍以海水面與沙灘之交界為濱線。 （四） 小型積水區水面與沙灘之交界 因地形關係，沙灘上常會出現小型積水區，此現象代表海 水會越過沙灘低窪區，造成積水現象，因此以積水區靠近植生 區域與沙灘交界為濱線。 62005 台灣地資訊學會會暨學術研討會文集 第三章 計畫執成果 本計畫自九十三四月至九十四九月止，已執 UAV 調校、換 UAV 載 具、改地面控制點佈設方式與新地面控制點鋪設位置，並完成十二次空拍作 業
13、。 第一節 空拍成果介紹 目前已完成 93.7.30、93.9.30、93.11.04、94.12.18、94.1.25、94.3.08、 94.4.30、94.6.09、94.7.07、94.8.01、94.8.30 以及 94.9.21 等十二期空拍及十 一期成果處 （94.9.21 校正中） ，包含影像校正與濱線繪製，共拍攝約 9000 張位照片，檔案大小約 18GB。以下就 94.08.30 空拍成果進範明。 一、 94.8.30 影像成果 表 4為當天空拍作業相關資訊，因應低潮位時間，當天拍攝時間選定AM 09:00 12:00，時共 3 小時（圖 10） 。圖 11為經正射後之成果
14、及依據濱 線繪製原則所繪製之濱線圖。 表 4. 94.8.30 研究區域空拍資 項目 內容 拍攝時間 09:00 12:00（3hr） 拍攝進方向 由(東南)至鹽(西)方向拍攝 圖 10. 94.8.30 空拍作業時間與潮汐時間 圖 11. 94.8.30 正射影像及濱線繪製圖 72005 台灣地資訊學會會暨學術研討會文集 比較鄰近期濱線影像 第二節 繪製完成之各期濱線，以鹽中段與重件碼頭處之周邊濱線變化做 為比較考。圖 12為 94.8.01 及 94.8.30 期於鹽中段濱線之比較圖，由 圖中固定礁石測至濱線距；圖 13為 94.8.01 及 94.8.30 期於重件碼頭 周邊濱線之比較圖
15、，由圖中鹽公園紀碑測至濱線距；表 5為十一 期影像拍攝之細部資。 圖 12. 94.08.01（左）與 94.08.30（右）之鹽中段濱線變化 圖 13. 94.08.01（左）與 94.08.30（右）之重件碼頭周邊濱線變化 表 5. 十一期鹽中段與重件碼頭周邊濱線影像拍攝之日期、時間與潮位資 鹽中段 重件碼頭周邊 拍攝日期 拍攝時間 拍攝時之 潮位 濱線距礁石 距 拍攝日 期 拍攝時間 拍攝時之 潮位 濱線距鹽 公園紀碑93.07.30 09:48 -0.14M 80.23M 93.07.3010:25 -0.22M 140.98M 93.09.30 12:36 -0.07M 41.26M 93.09.3013:41 -0.10M 138.45M 93.11.04 15:14 0.21M 26.09M 93.11.0415:22 0.23M 116.62M 93.12.18 13:36 0.18M 25.7M 93.12.1813:32 0.
