(18.204.227.34) 您好!臺灣時間:2021/05/17 05:44
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

: 
twitterline
研究生:孫頤芮
研究生(外文):Yi-Rui Sun
論文名稱:六旋翼無人載具之研發及其在三維建模之應用研究
論文名稱(外文):The Development of Six-Rotor UAV Helicopter and Application on Three-Dimensional Modeling
指導教授:許琦許琦引用關係
指導教授(外文):Chyi Sheu
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:土木工程與防災科技研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:101
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:110
中文關鍵詞:多旋翼無人飛行載具、工址調查、三維建模、相機率定、點雲
外文關鍵詞:Multi rotors Unmanned Aerial Vehicles, site investigation, three-dimensional modeling, point cloud
相關次數:
  • 被引用被引用:6
  • 點閱點閱:720
  • 評分評分:
  • 下載下載:51
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
近年來多旋翼無人飛行載具逐漸普及化,並廣泛使用於民間用途,但目前UAV購置成本高,導致應用於土木工程方面卻相當少見。有鑒於此,本研究首先自行研發六旋翼無人飛行載具(M6UAV)並將其應用於工址調查之三維建模上,俾以能即時進行影像攝取、處理與分析,進而隨時掌握工址現況。
現今三維建模已成為一項極具經濟效益之課題,三維模型之需求逐日增加,因此本研究選用PhotoModeler Scanner(PMS)軟體進行三維模型建置,於空拍影像前也利用此軟體進行相機率定,並於實驗工址以全測站儀進行控制點與檢核點之佈設與坐標測量後,再以M6UAV進行空拍,並以PMS軟體生成目標物之像片點雲坐標。之後,分別以PMS三點控制點與Wolf(2000)七參數進行三維正形坐標轉換以獲得現地點雲絕對坐標,並將點雲之點位絕對坐標匯入至ArcGIS進行對實驗區域各項地形資訊分析整合、計算與套疊。
驗證結果顯示自行研發的六旋翼飛行器已達到航空拍攝之需求,尤其本六旋翼無人飛行載具與市面上其他同等級之款式較為經濟實惠,並且可利用非量測型數位單眼相機就可達到工址調查參用的精度,甚至更精確之高精度地形參數值。此外,冀望再改良續航力不佳等問題後,期能應用於天然災區災情蒐集、橋梁檢測、環境污染偵測、河川林務觀測、海岸巡防等用途上。
In recent years, Multi rotors Unmanned Aerial Vehicles (UAV) becomes more and more popular in civilian. Application of civil engineering are not common because the high cost. This research development a Six-Rotor UAV Helicopter (M6UAV) and application to site investigation for three-dimensional model. Can immediate carry out image photographed, processing and analysis. And then, keep abreast state of play.
Today, three-dimensional modeling has become the subject of a highly cost-effective , Three-dimensional model of the demand is increasing day by day, In this study, choice the PhotoModeler Scanner (PMS) software to build three-dimensional model, before aerial photography proceed calibration using this software,too, after experiment site investigation proceed set up and obtain the coordinates of the control points and check points by using total station, then proceed aerial photography on M6UAV, and generate the target point cloud on PMS software.And then, PMS three control points and Wolf(2000) the seven-parameter execute 3-D conformal coordinate transformation to obtain origin point cloud absolute coordinate. Then, point cloud absolute coordinate converge to ArcGIS proceed experimental area various terrain information analysis, integration, computing and overlay.
The confirmation result showed the voluntarily research and development six rotors was achieved demand of the aviation photography. Especially, in the market, this six-rotor UAV is cheaper than the other types within the same standard. May use the non-metric digital single lens reflex camera to be possible achieve the labor site investigation senate uses precision, even more precise high accuracy terrain parameter value. In addition, after hoped again improves the endurance question. The expectation can apply in the natural disaster prevention, bridge inspection, environmental pollution detection, river forest observation and coast guard.
摘要………………………………………………………………………………………… ……II
ABSTRACT…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………III
誌謝………………………………………………………………………………………………V
目錄………………………………………………………………………………………………VI
表目錄……………………………………………………………………………………………X
圖目錄……………………………………………………………………………………………XI
第一章 緒論………………………………………………………………………………………1
1.1 研究背景與動機………………………………………………………………………………1
1.2 研究目的………………………………………………………………………………………2
1.3 研究內容………………………………………………………………………………………2
1.4 論文架構………………………………………………………………………………………4
第二章 文獻回顧…………………………………………………………………………………6
2.1 航空攝影測量原理……………………………………………………………………………6
2.2 航空攝影測量規畫……………………………………………………………………………7
2.2.1 航空攝影測量作業程序…………………………………………………………………7
2.2.2 航測標與控制點之佈設…………………………………………………………………8
2.2.3 控制點實地量測…………………………………………………………………………9
2.2.4 內方位元素………………………………………………………………………………9
2.2.5 外方位元素………………………………………………………………………………10
2.2.6 透鏡畸變差………………………………………………………………………………11
2.2.7 核幾何原理………………………………………………………………………………12
2.2.8 影像匹配…………………………………………………………………………………13
2.3 MULTI ROTORS UAV系統之發展………………………………………………………14
2.3.1 Multi rotors UAV系統歷史與沿革………………………………………………14
2.3.2 UAV系統分類……………………………………………………………………………15
2.3.3 UAV系統操作概念之方式………………………………………………………………18
2.3.4 Multi rotors UAV國內之應用……………………………………………………19
2.3.5 Multi rotors UAV國外之應用……………………………………………………19
2.4 PHOTOMODELER SCANNER軟體介紹……………………………………………………20
2.4.1 PhotoModeler Scanner軟體發行之介紹…………………………………………20
2.4.2 PhotoModeler Scanner軟體運作原理之方式……………………………………21
2.4.3 PhotoModeler Scanner軟體應用範圍及限制……………………………………21
2.4.4 PhotoModeler Scanner國內之應用………………………………………………22
2.4.5 PhotoModeler Scanner國外之應用………………………………………………23
第三章 研究方法………………………………………………………………………………24
3.1 MUAV設計之原理…………………………………………………………………………24
3.1.1 MUAV結構之設計……………………………………………………………………24
3.1.2 M6UAV飛行原理………………………………………………………………………26
3.2 MUAV結構模組………………………………………………………………………………30
3.2.1 電力模組…………………………………………………………………………………30
3.2.2 飛控模組…………………………………………………………………………………31
3.2.3 動力模組…………………………………………………………………………………33
3.2.4 控制模組…………………………………………………………………………………36
3.2.5 攝錄模組…………………………………………………………………………………37
3.2.6 定位模組…………………………………………………………………………………38
3.2.7 顯示模組…………………………………………………………………………………38
3.2.8 六軸之成品與減震設計…………………………………………………………………39
3.2.9 相機介紹…………………………………………………………………………………41
3.3 M6UAV設製及模擬測試調整………………………………………………………………41
3.3.1 測試流程…………………………………………………………………………………41
3.3.2 飛控板測試………………………………………………………………………………44
3.3.3 控制程式之寫入…………………………………………………………………………44
3.4 三維建模相機率定方式……………………………………………………………………45
3.5 研究區域地理位置概況……………………………………………………………………46
3.6 控制點量測設備……………………………………………………………………………46
3.7 航拍施實……………………………………………………………………………………46
第四章 實驗成果與分析…………………………………………………………………………50
4.1 實驗流程……………………………………………………………………………………50
4.2 相機率定……………………………………………………………………………………52
4.2.1 率定方式…………………………………………………………………………………52
4.2.2 相機率定之程序…………………………………………………………………………53
4.2.3 率定結果分析……………………………………………………………………………58
4.3 攝影測量作業方法…………………………………………………………………………64
4.4 研究區三維模型之分析……………………………………………………………………72
4.4.1 模型之分析………………………………………………………………………………78
4.5 數值高程模型之應用………………………………………………………………………82
4.5.1 實驗區點雲分佈…………………………………………………………………………82
4.5.2 實驗區等高線狀況………………………………………………………………………83
4.5.3 實驗區坡度分佈…………………………………………………………………………84
4.5.4 實驗區坡向分佈…………………………………………………………………………85
4.5.5 實驗區中心高程剖面變化………………………………………………………………86
4.5.6 計算表面積與體積………………………………………………………………………87
4.5.7 三維視覺化………………………………………………………………………………87
4.6 現地實驗應用………………………………………………………………………………90
第五章 結論與建議………………………………………………………………………………91
5.1 結論…………………………………………………………………………………………91
5.2 建議…………………………………………………………………………………………92
參考文獻…………………………………………………………………………………………93
作者簡介…………………………………………………………………………………………98
互動國際樹為股份有限公司,2011,「ArcGIS 10基礎學習與應用寶典」,新文京開發出版股份有限公司,新北市。
何宗哲,2004,「利用GPRS無線通訊作為UAV之雙向資料傳輸介面」,國立成功大學航空太空工程研究所,碩士論文。
吳怡燊,2003,「影像控制區塊自動化量測及方位求解作業之探討」,國立台灣大學土木工程研究所,碩士論文。
吳笛豪,2008,「應用近景攝影與地面雷射掃描於地物量測精度及三維建模之研究」,國立高雄應用科技大學土木工程與防災科技研究所。
何維信,2000,「航空攝影測量學」,大中國圖書公司印行,台北市。
李磊、熊濤、胡湘陽、熊俊,2010,「淺談無人機應用領域及前景」,地理空間信息第五期。
林新欽,2000,「傳統空三與GPS空三品質之比較」,國立成功大測量與空間資訊學系,碩士論文。
柯濤,2008,「旋轉多基線數字近景攝影測量」,武漢大學遙感信息工程學院,博士論文。
容丕達,2008,「以影像辨識導引UAV飛行」,國立成功大學航空太空工程系,博士論文。
黃文利,2001,「近景攝影測量應用於三維建物模型測面影像敷貼之研究」,國立成功大學測量工程學系,碩士論文。
黄正龍,2012,「智慧型手機應用於小物體三維建模」,土木與生態工程研討會。
張祖勛,楊生春,張劍清,2007,「多基線數值近景測量」,地理空間信息,第五卷,第一期,第1-4頁。
黃昭雄、徐逸祥、朱子豪,2005,「無人載具(UAV)應用於海岸濱線追蹤調查-以鹽寮福隆沙灘為例」,2005年台灣地理資訊學會年會暨學術研討會,逢甲大學,碩士論文。
陳雍政,2003,「航空攝影測量於河川管理之實務應用」。國立中興大學土木工程學系,碩士論文。
梁福榮,2006,「攝影測量應用於古蹟記錄和邊坡表面變化量量測之研究」,國立成功大學土木工程研究所,碩士論文,。
黃瑞德、黎驥文,2012,「簡易攝影量測於交通事故調查之研究」,2012台灣地理資訊學會年會暨學術研討會。
曾子峻,2011,「多軸飛行器於橋梁檢測之應用研究」,國立高雄應用科技大學土木工程與防災科技研究所,碩士論文。
曾匹佑,2011,「使用地面攝影測量技術對遠距離崩塌地三維建模與應用之研究」,國立高雄應用科技大學土木工程與防災科技研究所,碩士論文。
湯國安、楊昕,2012,「ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程(第二版) 」,科學出版社,北京。
楊化超,2008,「近景攝影測量在礦區塌陷變形的應用」,中國圖像圖形學報,第十三卷,第三期,第519–524頁。
楊育仁,2011,「UAV遭遇低空、河谷地形特殊危害天候之生存性研究」,中華科技大學飛機系統工程研究所,碩士論文。
鄒芳諭,2010,「以非量測性相機進行近景攝影測量探討」,國立交通大學土木工程學系,碩士論文。
趙弘文,2009,「無人旋翼機自動駕駛系統之研發」,國立成功大學航空太空工程研究所,碩士論文。
張顥騫,2007,「微型四旋翼垂直升降飛行載具之開發及飛試」,建國科技大學自動化工程系暨機電光系統研究所,碩士論文
許朝淵,2009,「應用微控制器設計無人飛行載具系統」,中華技術學院飛機系統工程研究所,碩士論文。
劉虹妤,2000,「數位相機率定之自動化」,國立成功大學測量工程學系,碩士論文。
廖彥舒,2004,「非量測型數位相機應用於近景攝影測量之研究-使用三~六百萬畫素相機」,逢甲大學土地管理學系,碩士論文。
蔡建成,2009,「以空載光達同步航空攝影製作高程模型品質探討」,國立交通大學土木工程學系,碩士論文。
蔡榮得,2003,「航空攝影測量於河川管理之實務應用」,國立中興大學土木工程學系,碩士論文。
謝幸宜,2003,「以自率光束法提升四旋翼UAV航拍影像之定位精度」,國立政治大學地政學系私立中國地政研究所,碩士論文。
謝瑞斌,2000,「低價位數值相機空間量測實用性之研究」,國立台灣大學土木工程學系,碩士論文。
羅威士,1985,「控制點分佈對單像解析精度的探討」,國立成功大學航空測量研究所,碩士論文。
龔健彬,1997,「運用非量測性相機、桌面掃描器進行近景攝影測量之研究」,國立交通大學土木工程學系,碩士論文。
Ackermann, F., 1983. “High Precision Digital Image Correlation.” Institute for Photogrammetry [J], Stuttagrt University, Schriftenrenihe.
Bendea, H., Boccardo, P., Dequal, S., Tonolo, F. G., Marenchino, D., Piras, M.,2008, “Low Cost UAV for Post-Disaster Assessment, Proceedings of The XXI Congress of the International Society for Photogrammetry and Remote Sensing”, Beijing (China), 3-11 July 2008.
Brown, D.C., 1971. “Close-Range Camera Calibration. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing”, 37(8), pp.855-866.
Eisenbeiss, H., 2009, “UAV Photogrammetry”, Unpublished doctoral dissertation, Dipl.-Ing., University of Technology Dresden, Dresden.
Eisenbeiss, H., Lambers, K., Sauerbier, M., and Li, Z., 2005, “Photogrammetric Documentation of an Archaeological Site (Palpa, Peru) Using an Autonomous Model Helicopter”, CIPA 2005 XX International Symposium, 26 September – 01 October, 2005, Torino, Italy.
Fryer, J. G., 1996. “Camera Calibration, Close Range Photogrammetry and Machine Vision”, pp.156~179.
Heng, B. C., Chandler, J. H., Armstrong,A., 2010, “Applying Close Range Digital Photogrammetry in Soil Erosion tudies”, The Photogrammetric Record , 25(131) , pp. 240–265.
Hullo, F., Grussenmeyer, P., Fares, S., 2009 , ”Photogrammetry and Dense Stereo Matching Approach Applied to the Documentation of the Cultural Heritage Site of Kilwa (Saudi Arabia )”,22nd CIPA Symposium, Kyoto.
Hanke K. and Ebrahim M.A.B, M.Sc., 1997, “A Low Cost 3D Measurement Tool for Architectural and Archaeological Applications”, Goeteborg Literature, Institute of Geodesy, University of Innsbruck, Austria.
Juyang Weng, 1992. “Camera Calibration with Distortion Models and AccuracyEvaluation”. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol.14 No.10, pp. 965-980.
Karara, H. M. and Faig, W., 1980. “An Expose on Photogrammetric Data Acquisition Systems in Close-Range Photogrammetry. International Archives of Photogrammetry”, 23(B5), pp.402-418.
Luhmann, T., Robson, S., Kyle, S., Harley, I., 2006, “Close Range Photogrammetry, Principles, Methods and Applications”, John Wiley& Sons ,Inc . , UK.
Mills J.P., Peirson G., Newton I., and Bryan P., 2000 “Photogrammetric Iinvestigation Into the Suitability of Desktop Image Measurement Software for Architectural Recording”, International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, 33(B5), pp.525-532.
Najib Metni、Tarek Hamel., 2007, “A UAV for Bridge Inspection: Visual Servoing Control Law With Orientation Limits”, Automation in Construction 17 (2007) 3–10.
Schenk, T., 1999, “Digital Phototgrammetry, Volume I, TerraScience”, pp.251-266.
Wolf, P. R., Dewitt, B.A., 2000, “Elements of Photogrammetry: With Applications in GIS ”, 3^rd edition, McGraw-Hill, NY.
Yilmaz, H.M., 2007 , “Importance of Digital Close-Range Photogrammetry in Documentation of Cultural Heritage ”, Journal of Cultural Heritage, 8, pp. 428-433.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關期刊