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时间:2018-03-22
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1、整合建物平面資訊、數位空照影像以及空載雷射點雲資料自動建構建物三維模型相關文獻介紹陳詹閔研究動機與目的三維地理資訊的建構讓我們描述真實世界中的空間資訊,比較傳統二維的類比地圖,三維數值地圖能幫助人們更有效率得到空間資訊。其中又以建物的三維模型最具應用的價值,以完成的建物三維模型為基礎,做各種不同的應用。如結合消防單位的防災資訊系統,可將救災工作做到最迅速確實,將災變損失減到最低;又或者進行數位城市虛擬等工作,將”數位地球”(Digitalearth)的概念漸漸具體化。近幾年發展的空載雷射掃瞄系統(AirborneLaserScan
2、ningSystem)或稱光達系統(LIDAR,LIghtDetectingAndRanging),提供了地表密集且豐富的三維資訊,對建物資訊的萃取方面不但提供了一個新的方向,並對於建物的重建更賦予自動化的潛力。由於點雲資料為隨機的離散點,無法保證會落在建物邊緣線上,造成重建的建物模型輪廓線不精確,因此整合建物平面資訊,藉以得到精確的房屋邊緣線,並利用房屋線內的點雲資料進行三維建物模型的重建。然而建物平面資訊往往著重於整體大輪廓,對於建物屋頂面的描述不夠精細,於是再加入空照影像的資訊,利用空照影像平面解析力佳、邊界萃取容易及含有光
3、譜資訊之特性,更精確建構接近真實世界的建物模型。本研究欲研擬一套流程,以資訊融合(datafusion)概念,將光達三維資訊與建物平面資訊整合外,更輔以空照影像的資訊,更精確建構房屋模型,期待能以最少人工之介入,更有效率的進行三維建物模型的重建。預估研究流程圖數值地形圖建立建物三維模型成果檢核開始建物輪廓線資訊結束判斷是否有未處理之建物網格化原始LiDAR點雲資料計算建物最小外包矩形數值(航測)空照影像得到建物輪廓線內的點雲資訊決定屋頂面PointinpolygonYYN圖一、預估研究流程圖文獻回顧一、空載雷射掃描方面之文獻回顧(
4、一)何謂「空載雷射掃描」賴志恆(2003)在「雷射點雲資料八分樹結構之研究」的論文內容以及史天元等(2003)在「空載雷射掃描與航空測量數據高程精度比較之研究」中說明:雷射光具有標定遠方目標物及高反射兩項特質,利用雷射光發射與接收反射光能的時間差或相位差,可得雷射發射位置與反射位置間的距離,所以在測量工程上早已應用於高精度自動化的距離測量,如結合雷射測距與經緯儀之全測站儀器,大大提升地面測量的效率。隨著雷射技術的發展,雷射掃描儀的測距效能技術的增加,空載雷射掃描採用主動式雷射光,進行高速掃描測距,整合長距離的雷射掃描儀、高精度GP
5、S(全球衛星定位系統)及INS(慣性導航系統)等三部份技術。雷射掃描儀固定於飛行器上,發射一高頻雷射光束,掃描儀紀錄發射脈衝到接收反射訊號之間的時間差。配合在飛機上裝置之GPS接收儀,即待求得測區的控制站,以動態差分方式實施GPS定位,而INS則用於與GPS整合求解,求定載台方位。空載雷射掃描技術基本上為一種以掃描方式進行測距的的系統,由測得的距離資料可以決定掃描點的坐標,這項特性可使我們更快速且以高度自動化的流程處理雷射掃描資料,獲取高精度且密集的地表資訊。但是自動化雷射掃描對於邊緣或角點的資訊卻不明顯,不能對某一特定目標直接獲
6、取物體特徵,仍需要數學模型或斷線資訊的輔助,增加此技術應用的可行性。(二)空載雷射掃描技術之精度史天元等(2003)在「空載雷射掃描與航空測量數據高程精度比較之研究」結果得知,航空測量數據因自動匹配方式產生的DSM中含有因匹配不當所產生的大誤差,結果容易與真實情況差異甚大。所以空載雷射掃描技術量測出的高程精度比較高;另外史天元、彭淼祥(2003)「空載雷射掃描數據精度評估程序之研究」成果中更說明了,空載雷射掃描技術在平坦地區測高的精度可達15公分。然而平面精度方面,理論上是取決於雷射掃描的密度,密度越高的掃描成果精度越高,史天元、
7、彭淼祥(2002)「九二一地震災區空載雷射掃描作業成果初步報告」中提到:空載雷射掃描技術地面測點可小於一公尺,也就是平面解析度可優於一公尺。(三)雷射點雲資料結構化由於雷射掃描速度很高,可達每秒數萬點,故產生之雷射點雲資料通常都很龐大,為了防止耗費許多時間在資料的搜尋上,在開始處理點雲資料前,必須先將這些不規則分佈的資料進行結構化,才能供後續之處理。點雲資料結構化的方式很多,比較普遍的為規則網格法與組「不規則三角網(TIN)」的方式,以下為此兩種結構法之簡單介紹:1.規則網格法其方式乃將涵蓋區域以規則網格化分之,以行列來紀錄地理坐
8、標,吾人可用一檔頭資料描述網格劃分情形,檔頭內容包括起始點坐標值、網格間隔大小、以及紀錄順序等資料,之後只要依序紀錄各個網格點之高程資料即可。其中方格劃分的大小是影響此方法精度最重要的原因;簡單容易明瞭以及便於分析應用是此方法最大優點;而此方法大缺
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