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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳其沅
研究生(外文):Chi-Yuan Chen
論文名稱:利用3D雷射掃描技術應用於結構物監測及地形數化之研究
論文名稱(外文):Using 3D Laser Scanning Technique in Structure Monitoring and Terrain Modeling
指導教授:黃立信黃立信引用關係
指導教授(外文):Hwang, Lih-shinn
口試委員:崔怡楓李興緯崔國強葉大綱
口試委員(外文):I-Fong TsuiLee, Hsing-weiGwo-Chyang TsueiTa-Kang Yeh
口試日期:2017-06-30
學位類別:碩士
校院名稱:國防大學理工學院
系所名稱:空間科學碩士班
學門:設計學門
學類:空間設計學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:103
中文關鍵詞:地面光達空載光達點雲數值地形模型全球導航衛星系統
外文關鍵詞:Ground LiDARAirborne LiDARPoint CloudDEMe-GNSS
相關次數:
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摘要

本研究結合地面光達-3D雷射掃描技術及點雲資料處理等方法,選定大溪橋與其周邊河谷為研究區域,嘗試用於不同時期橋樑變形之監測作業及數值高程模型 (Digital Elevation Model, DEM)之製作。本文主要研究目的有三:(1)了解地面光達運作及後續軟體處理,(2)嘗試以該新型技術取代傳統地面測量來執行結構物監測作業之可行性,(3)比對地面光達與空載光達於數值高程模型之建置。
本實驗結果顯示,地面光達所產出的點雲資料,其整體點雲的套合精度可達3mm左右,故針對監測公分級以上變化的結構物,有顯著的效果及可靠的參數;另外在數值高程模型的製作上,利用e-GNSS (Internet-GPS+GLONASS)定位技術獲取公分級誤差的控制點坐標,可將地面光達之點雲成果精確轉換至TWD97(Taiwan datum 1997)坐標系統上,與空載光達所建置之同坐標數值高程模型相比,品質更為細緻,且成本更為便宜。

關鍵詞:地面光達、空載光達、點雲、數值高程模型、e-GNSS

ABSTRACT

This research integrates ground LiDAR(Light detection and ranging)- 3D scanning technique and point cloud data, selected Daxi Bridge and nearby valley as test areas, attempt to monitoring the bridge deformation in different times, and producing digital elevation model(DEM). The aims of those studies are summarized as follow: (1) Trying to enhance ground LiDAR technique working and point cloud data processing. (2) Replace the traditional surveying with ground LiDAR technique to implement the feasibility of structural monitoring operations. (3) Compared the DEM made in the same area with ground LiDAR and airborne LiDAR.
The results show the accuracy of the point cloud data setting approaches 3 mm. Therefore, the deformation of structures monitoring is over 1 cm, it can be depended on ground LiDAR technique. Besides DEM made, e-GNSS positioning is used to fix control points in this case, and the precision of this system can be reached centimeter level. After fix control points fulfilled, all the point cloud data can be transformed to TWD97 coordinate. Finally, compared with the quality of DEMs made, the benefits of ground LiDAR has that higher resolution and lower costs than those of airborne LiDAR.

Keywords: Ground LiDAR, Airborne LiDAR, Point Cloud, DEM, e-GNSS


目錄

誌謝 i
摘要 ii
ABSTRACT iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
1. 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 文獻回顧 3
1.3.1 地面光達相關應用 4
1.3.2 點雲精度評估 4
1.3.3 雷射掃描監測 5
1.4 研究架構與流程 8
2. 理論基礎 10
2.1 空載光達介紹 10
2.2 車載光達介紹 11
2.3 地面光達介紹 13
2.3.1 光達測量原理 14
2.3.2 地面光達定位原理 17
2.3.3 地面光達誤差來源 18
2.3.4 地面光達坐標系統 19
2.3.5 點雲資料套疊形式 22
2.4 e-GNSS即時動態定位介紹 23
2.4.1 定位原理 24
2.4.2 衛星定位基準網 25
2.4.3 控制及計算中心 27
2.4.4 移動站使用者 29
2.4.5 坐標系統 30
3. 研究方法 31
3.1 儀器設備介紹 31
3.1.1 3D雷射掃描儀 31
3.1.2 多衛星接收儀 35
3.1.3 全測站經緯儀 36
3.2 軟體介紹 38
3.3 掃描作業概況及數據蒐集 42
3.3.1 第一期作業概況 42
3.3.2 第二期作業概況 43
3.3.3 第三期作業概況 44
3.3.4 第四期作業概況 45
3.3.5 第五期作業概況 46
3.4 點雲套合處理 47
3.5 坐標轉換作業 50
3.6 數值高程模型(DEM)製作 52
3.7 點雲資料格式轉換 56
4. 研究成果與分析 57
4.1 大溪橋各期點雲資料監測成果 57
4.1.1 點雲套合精度之影響 57
4.1.2 利用各期橋面點位坐標監測裂痕傾斜處 60
4.1.3 利用各期點雲套合監測裂痕傾斜處 63
4.1.4 橋樑監測之分析 70
4.2 大溪橋周邊河谷地形DEM建置分析 71
4.2.1 空載光達點雲資料來源及套合精度 71
4.2.2 地面光達點雲資料來源及套合精度 75
4.2.3 地面光達點雲資料坐標轉換 76
4.2.4 DEM模型建置實施作業 85
4.2.5 DEM模型建置分析 87
5. 結論與建議 89
5.1 結論 89
5.2 建議 91
參考文獻 92
附錄 大溪橋各期掃描成果說明 97
自傳 104


參考文獻

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[40]黃騰煇,“結合UAV與Mobile LiDAR等各式測量技術應用於快速3D影像展示之研究”,碩士論文,國防大學理工學院環境資訊及工程學系,桃園,第1-78頁,2013。
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