模拟器之研究

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1、LiDAR模擬器之硏究硏究生林信宏指導教授趙鍵哲一、刖吕本硏究透過符合光達掃瞄儀實際運作方式之模擬軟體以產生多樣性之模擬資料進行特徵點之萃取，驗證光達資料處理理論之可行性及影響精度之因素。由於模擬資料屮待萃取的特徵點爲已知値，透過調變掃瞄儀掃瞄過程屮的諸多因索，可將萃取所得之特徵點與已知値進行比較，因此可確認特徵萃取理論之可行性及其精度，同時對於影響特徵萃取精度之影響因子進行驗證。二、參考文獻對於點雲結構化，相關學者之處理方式如Lee［2002］每一點建立預設半徑之3D圓球體內所有點的相鄰關係圖，並以通過屮心點之平面套合相鄰點決定共面點

2、及面外點(outlier)，於共面的相鄰點屮決定種子區塊(seedp珀ch)並逐一加入鄰近點供迭代成長得平面，再利舟平面位置與方位進行合倂與否之判斷及後續組成地表面或建物面的程序。賴志恆［2003］以八分樹法探討雷射點雲結構化，即從全部資料視爲根節點出發，以最小二乘平差計算平面參數，計算所有點到此平面的距離作爲分割之條件，若需分割則以八分樹法將根節點的空間範圍分爲八個形狀與根節點相似的子節點'重覆此程序直到每一末端節點均符合預設條件才終止分割，接著針對每一節點屮的點雲計算最適平面參數後進行合倂獲得最終之平面。IoannisStamosa

3、ndPeterK.Allen［2002］以每一點與周圍RxR個3D點組成之局部平面的距離爲判斷，將共面點組成群集，以近似方位及位置之群集進行合倂以獲得分割的平面及其邊界，再由此分割平面的法向量與共面性判斷分割平面是否相鄰或相連抑或共平面，再延伸平面交會得3D線段且組成3D之矩形，透過投影至2D平面及匹配程序可解算輻射影像拍攝相機之內外方位。最後將LIDAR以實體法建構成模形。在模擬器之設計上，賴志凱(2004)彙集許多儀器之規格及分析各儀器之掃瞄方式並測試精度之各項影響因子。三、硏究背景與目的雷射掃瞄儀應用於阈內測量界已有四五年之時間，

4、點雲資料需經過繁複之處理程序後方可使用亦爲光達硏究者與使用者已有之共識，惟對於其效益已有兩極化之不同觀點。稱其對測量工作大有幫助之論點多因其可迅速獲得待測物表面豐富之空間資訊，視其效益不大者主因爲雷射掃瞄儀所獲得之物表掃瞄點坐標之精度及經萃取之特徵物精度都有待驗證及掃瞄點雖豐富卻無法直接且明確指示物表起伏轉折之位置此二原因。掃瞄點或萃取所得之特徵物精度與其影響因索無法掌握且物表特徵無法直接透過掃瞄點獲得資訊乃雷射掃瞄技術無法獲得一致肯定之主因。本硏究期望透過模擬器之設計產生模擬資料進行結構化理論之測試且在模擬過程屮調變各項因索以分析對結

5、構化精度之影響。最後再以實際掃瞄資料進行結構化再於現地施測方式驗證所萃取之特徵物的實際精度，以提供實際可行之雷射掃瞄資料之精度評估程序。最後將經過精度評估之結構化產品'如平面特徵物、交線特徵物與角點特徵物，可應用之相關領域進行說明'以提供點雲資料對於實用上之觀點。四、硏究方法本硏究分就掃瞄模擬器與點雲結構化兩方向之相關方法與理論分階段說明。4・1•雷射掃瞄儀模擬器之槪念本硏究採用加拿大OpTech所生產之ILRIS-3D地面雷射掃瞄儀爲例，掃瞄順序如下圖1，所掃瞄成果在橫向上有內縮之情況，如下圖2，此內縮之情況與旋轉角定義有關，不同的儀

6、器對於旋轉角之定義不同，會有不同的內凹現像。固定垂直掃瞄角，再進行水平方向的掃瞄'會在橫軸方向上產生內凹的現像，如下圖3。固定水平掃瞄角，再進行垂直方向上的掃瞄會產生垂直方向上的內凹，如下圖4。圖1、ILRIS-3D雷射掃瞄儀掃瞄順序示意圖SSB为:并用迓曲先軒护初肝冋豪sw52^*上toftMHiMit■

7、啓動狀態及方位而異(如圖4)，此模擬器可供調變之掃瞄參數含掃瞄視窗尺寸、掃瞄角、密度、距離及待測物表面數量、方位、尺寸及各平面交會狀況，在此模擬點雲屮也加入儀器測角與測距之系統與偶然誤差、掃瞄點坐標決定時之偶然誤差，各項設定値與誤差都可供產生模擬資料前給定數據並選擇牌動。在引入偶然誤差時，針對單一測站所有掃瞄點在三軸坐標上引入符合隨機特性之誤差値'因此每組模擬資料均不會重複產生，以符合現實掃瞄之實況。Nffat.bi.q.dik(XoYoZo)(X1V1Z1)(XtYi.Zi)圖5、地面雷射掃瞄儀模擬器其中(X,Y,Z)：地面坐標系(X

8、s必,Z.J：測站坐標(0刃：定位掃瞄光束之天頂距及方位角(&丹,给)：掃瞄視窗(d©,d%)：垂直與水平方向掃瞄角之誤差(Dist,以,DJ：掃瞄光束之距離、測距誤差(0+Ddppm)（X%Zo）：模擬交