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車載移動測繪系統簡介

移動測繪系統即整合多種感測器於一移動載臺,可即時提供3維的連續坐標資訊,其組成元件如下:

  1. 定位定向感應器(Positioning and Orientation Sensors)
    • 全球衛星定位系統(GNSS)
    • 慣性量測元件(IMU)
    • 里程計(輪速計DMI)
  2. 遙感探測感測器(Remote Sensing Sensors )
    • 數位相機
    • 全景像機
    • 光達(LiDAR)
    • 聲納(Sonar)
  3. 控制系統:儲存各子系統資料,並提供各感測器統一的時間基準。
  4. 載具:飛機、無人機、汽車、船舶等。

為發展測繪新技術,提升空間資料蒐集效率,本中心業於104及105年度建置影像式車載移動測繪系統(Mobile Mapping System, MMS)並試辦圖資更新作業,已實際利用其高機動性的空間資料蒐集能力,強化圖資更新效能。106及107年度接續發展光達(LiDAR)技術辦理點雲處理軟體購置、整合建置車載及遙控式光達移動測繪系統,辦理車載光達技術運用地面測繪之精度評估及光達移動測繪系統試辦等作業。

一、影像式車載移動測繪系統(Mobile Mapping System, MMS)

104年度建置車載移動測繪系統,搭載高精度定位定向元件(全球導航衛星系統GNSS、慣性導航元件IMU)、8部工業級相機(910萬像素)及輪速計等,並開發監控軟體監控儀器運作情形。為使系統能合法上路,裝載設備平臺依道路交通法規之車輛尺度限制設計,並以導流外罩包覆儀器設備,兼顧保護設備及行車安全。全系統並於內政部多平台製圖技術工作所建置之室外率定場進行測試,以驗證定位定向精度。

105年度辦理車載移動測繪系統定位定向解算軟體、像片量測軟體(包含國土利用調查及臺灣通用電子地圖成果編纂客製化功能)、購置4台高階繪圖電腦、150公里國土利用調查及臺灣通用電子地圖圖資更新及試辦個人攜行式移動測繪系統等作業,以期掌握先進測量技術,提升圖資更新效率。

(一)載具改裝

本項車載移動測繪系統係採用本中心公務車(型號:Toyota Innova 2.7)改裝,各項感測器安裝於車頂,可視為車輛之裝載物,為使改裝後之車載移動測繪系統可合法行駛於道路,參考相關道路交通安全規則規定進行改裝。

  1. 車頂置放架:依道路交通安全規則第77條第1項第10款規定,小型汽車置放架,其使用應依下列規定:
    (1)置放架及裝載物應固定妥適。如裝置於車輛後側,其長度不應超過後側車身外50公分;如裝置於車頂,其含置放架之車輛全高應依第38條第1項之規定。
    (2)置放架及裝載物不得遮蔽車輛之號牌與車輛後方燈光。
    (3)置放架需取得安全審驗報告,若屬固定式則應進行行照變更,若非固定式,則無須變更行照,另非固定式,車頂置放架應於車頂置放架應於貨物卸除後拆除,僅可於需承載貨物時安裝。
  2. 車高:按道路交通安全規則第38條第1項第3款第4目,小型車車高不得超過全寬之1.5倍,其最高不得超過2.85公尺。本中心公務車全寬為1.77公尺,最高不得超過其1.5倍,即2.655公尺,故後續如加裝全景相機,加裝後高度須低於2.655公尺。
  3. 車寬:按道路交通安全規則第79條第1項第3款,裝載貨物寬度不得超過車身。為使輪速計安裝符合該規定,將其改裝至車輪內側,並可降低遭到路面飛石之毀損及避免對其他用路人之行車威脅。
本中心車載移動測繪系統係採用本中心公務車
車體規格
車長 4555mm
車寬 1770mm
車高 1745mm
車重 1615kg
軸距 2750mm

(二)各項感測器

  1. GNSS:包含接收儀及天線盤等,接收GPS及GLONASS衛星訊號以提供車載移動測繪系統位置資訊,規格摘要如下:001A02
    型號 NovAtel
    衛星接收 GPS、GLONASS
    衛星接收頻率 L1、L2、L2C、L5
    資料輸出頻率 100Hz
    頻道 240
    具備功能 RTK
    即時輸出格式 具備CMR、CMR+、RTCM 2.X/3.X格式
    輸出資料 NMEA資料
    相對精度 10mm+1ppm
    天線盤 2組
  2. IMU:整合3軸陀螺儀及3個方向加速度計,來量測車載移動測繪系統之角速度和加速度,以獲取系統之姿態數據,規格摘要如下:A03
    型號 IMU-FSAS
    陀螺儀漂移穩定度
    (Gyro Drift rate)
    0.75deg/hr
    加速度計漂移穩定度
    (Accelermeter Bias Stability)
    1mg
    資料輸出頻率 200Hz
  3. 輪速計:結合旋轉角度編碼器,將旋轉位置或旋轉量轉換成類比或數位訊號以計算出車載移動測繪系統所行駛之距離,規格摘要如下:A04
    型號 CORRSYS-DATRON
    脈衝值 1000 pulses/rev
  4. 工業級相機:擷取車載移動測繪系統所行駛道路週邊之影像,以獲取地形地物資料,本系統共配置8台工業級相機,規格摘要如下:A05
    型號 Point Grey GS3-U3-91S6C-C
    相機像素 910萬
    鏡頭焦距 8mm
    感光元件 CCD
    像素尺寸 3.69X3.69μm
    最大解析度相幅速度 9FPS
  5. 控制電腦:採用工業級電腦做為車上儀器控制及空間資訊資料擷取使用,本系統共配置2台電腦,相關規格摘要如下:A06
    項目 控制電腦
    處理器 I7-4770S,第4代Intel I7 4核心、基礎頻率3.1GHz
    記憶體 DDR3-1600 8GB 4條
    硬碟 容量1TB之固態硬碟1顆、讀取速度555MB/s、寫入速度500MB/s
  6. 車頂平台設計及組裝:車頂裝載物之平台考量載重、過線、及導流效果,採用全鋁製之平台以減輕車頂之負重,並以不傷及車體樑柱之方試切割車頂以利儀器線路經過,亦符合裝載物不得超過車身寬度之限制,有鑑於過往相似之車載移動測繪系統,其各項設備分別覆以保護外罩,受風面積大,車輛行駛時會造成車體之晃動,造成安全上潛在之危險,本案重新設計之外罩具導流之效果,除天線盤外,皆包覆於其中,如此設計對設備提供更佳之保護,行車更為穩定安全。

各項系統設備配置情形
各項系統設備配置情形

本中心車載移動測繪系統外觀
本中心影像式車載移動測繪系統外觀

二、光達式移動測繪系統(LiDAR Mapping System, LMS)

為持續提升中心車載移動測繪系統測繪精度,增加移動測繪成果之應用領域,於106及107年度購置光達設備,並結合104及105年度所採購之定位及定向設備(GNSS、IMU及輪速計),並利用7部工業相機組成環景相機,以6台水平加1部向上垂直方式拍攝影像,拼接成360度影像。另為簡化組裝作業,提高系統穩定性,並開發整合式平台1具裝載各項設備,利於裝載於本中心公務車及新開發的遙控式載具上。

內業處理則透過104及105年度所購置之定位定向解算軟體進行POS解算後,再使用106及107年度購置之點雲處理軟體進行點雲資料處理及平差檢核計算,利用繪圖軟體進行各式圖資繪製作業,提供圖資需求單位辦理圖資更新等應用。

(一)光達設備及整合式平台

光達設備為Pentax公司之S-2100光達系統,提供高精度高速相位式雷射掃描儀資料。

Pentax公司S-2100光達系統
Pentax公司S-2100光達系統

項目 規格
雷射等級 一級
掃描點數 1,016,000點/秒
測量距離 最遠119公尺
雷射光束發散角度 小於0.5mrad
掃描頻率 最高200hz

整合式平台實際外觀
整合式平台實際外觀

本中心光達式移動測繪系統外觀
本中心光達式移動測繪系統外觀

(二)遙控式光達移動測繪系統

遙控式光達移動測繪系統主要裝載整合式平台,包含定位定向、光達及相機等感測器,以前置光達設備,後置環景相機方式配置,並以無線遙控器方式控制,可作前、後、左右及原地自轉等動作。

遙控式光達移動測繪系統外觀
遙控式光達移動測繪系統外觀

以遙控方式控制系統操作情形
以遙控方式控制系統操作情形