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本計畫104年度採用本中心公務車改裝車移動測繪系統,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,並開發監控軟體於儀器運作時進行運作情形之監控。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、購置4台高階繪圖電腦、試辦個人攜行式移動測繪系統等作業。106及107年度發展光達移動測繪系統(LiDAR Mapping System, LMS),108年辦理車載式光達移動測繪系統率定方法之研究並規劃建置率定場。109年辦理車載光達校正系統方法確認、校正場建置、校正領域認證作業先期評估等作業。

105年度運用MMS系統辦理臺灣通用電子地圖局部圖資更新作業共計19處,成果如下表:

  任務地點

製圖距離
(公里)

備註
1 臺中市中一路道路延伸工程(第一期) 1.0 圖資更新
2 臺中市清水區15-19-4號計畫道路開闢工程 0.2
3 臺中市梧棲區永安里永天宮前跨安良港大排橋梁工程 0.1
4 臺中市龍井區12-66-3號、8-66-5號道路打通工程 0.1
5 臺中市大甲區幼二路打通工程旁計畫道路開闢 0.3
6 臺中市東勢區中山國小前聯外道路(24-8M)新建工程 0.2
7 臺中市舊社牛稠溝橋梁銜接道路工程 0.4
8 臺中市神岡區高鐵橋下閒置空間再利用-村里聯絡道路工程 2.0
9 臺中軟體園區西側聯外道路工程(公園街)新闢工程(中山路至東湖路) 0.3
10 臺中市南京東路三段開闢工程(僑孝街~松竹站及接通僑孝街部份) 0.3
11 臺中市西屯區高鐵橋下聯絡道新闢工程 0.7
12 臺中市文輝公園四周圍(北、西側)八米都市計畫道路打通工程 0.1
13 新竹縣關西鎮竹16線無名橋改建工程 0.5
14 新竹市大學路51巷道路拓寬工程 0.3
15 雲林縣北港鎮北辰路開闢工程(新德路至新南路) 0.4
16 雲林縣斗南鎮南外環道新闢工程 1.5
17 苗栗縣銅鑼鄉苗38線7K+100~7K+720道路拓寬工程 3.4
18 苗栗縣苑裡鎮山腳外環道北段新闢工程 0.7
19 臺中市清水區文化路新闢工程 0.2
  合計 12.7  

106年度運用MMS系統辦理臺灣通用電子地圖局部圖資更新作業共計21處,成果如下表:

  任務地點

製圖距離
(公里)

備註
1 臺中市神岡區高鐵橋下閒置空間再利用-村里聯絡道路工程(第三期) 0.2 圖資更新
2 臺中市北屯區北坑巷新闢道路 2.1
3 臺中市潭子區潭子區環中東路一段 0.1
4 桃園市八德區茄苳路拓寬改善工程 0.4
5 苗栗縣「後龍都市計畫區2號道路(苗9線後龍都市計畫區10K~11K拓寬工程)」 1.1
6 臺中市龍井區「12-66-1號道路」 0.3
7 臺中市龍井區「12-65-6號道路」 0.9
8 臺中市大甲區幸福里東明路至中苗六線高鐵下東側多綠美化及新闢道路 3.8
9 臺南市南區SC-50-10M道路(後段)接SC-244-12M道路工程(喜樹路340巷以東) 0.6
10 臺中市西屯區國道一號旁東側替代道路 1.0
11 臺南市楠西區南186線改善工程 1.5
12 彰化市與和美鎮東谷路國道車行箱涵改建工程 0.5
13 臺南市新化區高鐵沙崙站橋下道路第2期後續工程 4.5
14 臺中市霧峰萬峰里豐營巷拓寬工程 1.0
15 臺中市國道大雅交流道聯絡道拓寬工程 1.0
16 高雄市第77期市地重劃區 6.0
17 屏東縣內埔鄉光明市地重劃區 0.6
18 屏東縣鹽埔漁港7號道路 0.4
19 高雄市84期仁武區北屋段公辦市地重劃區 3.0
20 嘉義市湖子內重劃區 19.0
21 臺南市「西濱快速公路八棟寮至九塊厝(台61線298K+613~305K+750路段)」 7.2
  合計 55.2  

107年度運用MMS系統辦理統辦理圖資更新及支援防救災拍攝作業彙整表共計3處,成果如下表:

  任務地點

製圖距離
(公里)

備註
 1  中興新村 30.0 空間資料蒐集
 2  西濱快速公路130k+123~134k+271房裡大安及136k+855~144k+080大安大甲主線高架工程 11.5 圖資更新
 3  嘉義縣東石鄉栗仔崙、掌潭村、布袋鎮考試里 8.5 支援防救災拍攝
  合計 50.0  

108年度為充分運用LMS具有高精度、高效率、多元載具之特性,辦理局部圖資更新、光達幾何精度檢測、3D道路、軌道及捷運模型建置試辦作業、法院鑑測案件現地掃描作業及測試、LMS及UAS整合測試作業等項,計完成15個任務派案,實際掃描軌跡長度總計為346.2公里。成果如下表:

項次 區域 載具

掃描
軌跡
(KM)

備註
1 彰化市員林火車站 車載 11.2 局部圖資更新
2 臺中市西屯區福林路拓寬 車載 9 局部圖資更新
3 臺中市中科路(水湳自駕車場域) 車載 16 光達幾何精度檢測
4 苗栗市中華路往英才路段拓寬工程 車載 9 局部圖資更新
5 臺中市大甲區東明路至中苗六線高鐵下新闢道路 車載 4 局部圖資更新
6 苗栗縣苑裡交流道至大甲交流道國道3號道路掃描測試 車載 14 測試國道光達掃描
7 臺中市龍德路2段 車載 18 辦理LMS光達及GNSS外方位檢校作業
8 臺中市黎明社區等地 車載 36 辦理LMS相機內外方位檢校作業
9 臺南市關廟區國道3號關廟聯外道路(平面)及關廟交流道(立體) 車載 138 1.配合108年度UAS航拍案,辦理與UAS陸空掃描及拍攝作業
2.配合108年3D立體道路建置試辦案辦理先期測試
10 臺中市水湳地區經貿東路 車載 27 辦理本中心自行設計之LMS率定方法確認測試
11 臺北市辛亥路三段 車載 38 配合108年度3D道路、軌道及捷運模型建置試辦作業辦理掃描作業
12 臺南市成功大學歸仁校區 車載 10 配合108年度LMS採購案,辦理率定作業
13 臺中市歷史建築「帝國製糖廠台中營業所」建物掃描及拍攝 遙控測繪車 5 測試LMS及UAS整合作業
14 臺中市大雅區員寶段1383地號等法院鑑測區3D資料保存作業(地籍) 遙控測繪車 4 法院鑑測案件現地掃描作業及測試
15 港灣技術研究中心 車載 7 評估LMS校正候選場地適用性
合計 346.2  

車載式光達移動測繪系統局部圖資更新作業掃瞄情形

(a)車載式光達移動測繪系統局部圖資更新作業掃描情形
(彰化市員林火車站)

遙控式光達移動測繪系統掃瞄作業情形

(b)遙控式光達移動測繪系統掃描作業情形
(帝國製糖廠台中營業所)

車載式光達移動測繪系統3D立體道路掃瞄成果

(c)車載式光達移動測繪系統3D立體道路掃描成果
(臺北市辛亥路三段)

自動萃取道路研究成果

(d)自動萃取道路標線、路邊線、路燈之研究成果
(臺中市龍德路2段)

另為提升光達測繪技術技術,確保測繪成果品質,108年度進行光達及影像感測設備率定方法之相關研究,並於成功大學歸仁校區及港灣技術研究中心以本中心LMS實地驗證率定程序及方法之可行性,已有初步成果,未來將持續建立光達測繪系統校正作業機制,並規劃於111年度取得「財團法人全國認證基金會」(Taiwan Accreditation Foundation,TAF)增列認證,達成光達測繪系統校正服務之目標。

車載式光達移動測繪系統率定試辦作業情形

(a) 車載式光達移動測繪系統率定試辦作業情形
(港灣技術研究中心)

車載式光達移動測繪系統率定掃瞄作業軌跡示意圖

(b) 車載式光達移動測繪系統率定掃描作業軌跡示意圖
 

UAS及LMS在圖資測繪作業上各具有不同優點及互補性,相關系統及資料整合為未來發展3D圖資測繪的重要課題之一,本中心於108年度透過UAS及LMS聯合作業方式,快速蒐集所需空間資訊並產製三維模型成果,其中UAS主要提供大範圍地表、建物屋頂、樹冠等資訊;LMS則提供地面及地物側面資訊、隧道或高架橋底下UAS無法取得資料之地區。經以臺中糖廠為測試區測試結果,LMS確實能成功補足UAS影像無法拍攝之區域,UAS於空中拍攝時無法拍攝屋簷底下資訊;LMS光達點雲可增加該區域點雲資料。此外,使用影像進行密匹配時,其演算法常將電線、電桿等細長形狀稀疏點雲視為雜訊,LMS亦可有效補充相關地物點雲資訊。

UAS影像匹配點雲

UAS影像點雲結合LMS光達點雲成果

UAS影像匹配點雲(左)與UAS影像點雲結合LMS光達點雲成果比較(右)

結合UAS影像點雲及LMS光達點雲進行三維精緻建模成果 結合UAS影像點雲及LMS光達點雲進行三維精緻建模成果(臺中糖廠)

 

109年度延續研究成果,規劃自本年度起以2年(109及110年)為期,建立自主車載光達校正系統,通過「財團法人全國認證基金會」(Taiwan Accreditation Foundation,TAF)認證及納入本中心測量儀器校正實驗室,以達成光達測繪車校正服務之目標。本年度辦理光達測繪車校正方法確認、校正場建置、校正領域認證作業先期評估、校正場資料處理工具建置、光達測繪系統軟硬體設備維護等作業。另含一般性圖資更新案,並配合建置LMS校正作業案、精進LMS精度委託研究案及3D道路模型資料建置案進行試辦作業,計完成14個任務派案,實際掃描軌跡長度總計為124.5公里。

項次

任務地點

掃描軌跡(KM)

備註

1 中科臺中園區擴建用地(原大肚山彈藥分庫)開發計畫-西區配合工程及景觀工程 7.3 局部圖資更新
2 2-1臺南市花園夜市 2.4 配合109年度精進光達測繪車定位精度委託研究案辦理試辦作業-HD MAP測圖能力驗證
2-2臺南市成大歸仁校區 3.4
2-3臺南市沙崙自駕車試驗場(車速10km/h) 3.2
2-4臺南市沙崙自駕車試驗場(車速20km/h) 3.2
3 3-1臺中市太平區「空軍防空暨飛彈指揮部坪林營區南側聯外道路」新闢道路 4.5 局部圖資更新
3-2臺中市豐原區土地銀行旁空地 3.8
4 臺中市地下路段
(忠明南路及環中路一段地下道)
17.3 辦理地下路段掃描輔助三維道路模型資料建置。
5 臺中市黎明社區附近 2.1 案辦理校正標測試作業
6 臺中市地下路段
(豐原大道一段、豐原大道六段地下道及神岡區大圳路等路段地下道)
5.0 辦理地下路段掃描輔助三維道路模型資料建置
7 臺中市地下路段
(烏日區光日路、高鐵二路、高鐵東路及忠明南路等路段地下道)
6.4
8 臺中市環中路SLAM成果驗證場域 6.0 SLAM及移動製圖定位定向技術相關程式工具效能優化及先期評估
9 臺中市西區市區道路2處 9.6 輔助3D道路建置成果檢核試辦
10 臺中市61號快速道及3號國道2處 13.6
11 港灣技術研究中心 1.5 LMS校正場掃描作業
12 12-1臺南市成大(成功校區) 2.5 配合109年度精進光達測繪車定位精度委託研究案辦理試辦作業-研發系統成果驗證
12-2臺南市花園夜市 1.8
12-3臺南市成大(歸仁校區) 1.4
12-4臺南市沙崙車站附近道路 4.3
13 13-1臺中市環中路 (車速30km/h) 8.9
13-2臺中市環中路 (車速40km/h) 8.9
13-3臺中市環中路 (系統壓力測試) 3.5
13-4港灣技術研究中心(系統率定) 1.0
14 港灣技術研究中心
(UAS與LMS整合作業)
2.9 LMS校正場掃描作業,協同UAS辦理港灣技術研究中心3D精緻建模建置
合計 124.5  

LMS-CLB(a) LMS校正場示意圖(港灣技術研究中心)

LMS校正場參考值量測作業

(b) LMS校正場參考值量測作業

LMS校正場校正掃描成果

(c) LMS校正場校正掃描成果

HD MAP測圖能力驗證試辦作業情形

(e) HD MAP測圖能力驗證試辦作業情形
(沙崙自駕車試驗場)

辦理地下路段掃描輔助三維道路模型資料建置作業情形

(f) 辦理地下路段掃描輔助三維道路模型資料建置作業情形
(豐原大道一段地下道)

光達測繪車校正系統相關建置作業,包含校正理論與方法之確認,校正標材質與標形評估測試、設計與製作、校正場規劃與建置、校正實作、成果分析、TAF校正領域認證作業先期評估、校正場資料處理工具開發與LMS軟硬體保養維護作業等。

校正場設置於交通部運輸研究所港灣研究中心,校正標經過材質、尺寸之實測確認,於地面繪製8個校正標,與牆面安裝12個可拆式的磁吸式校正標,考量到校正場靠近海邊、風速較強,特別加強抗風性設計,經實際安裝後,具有拆裝方便與穩固性高之特點,符合本校正作業之需求。

有關校正場建置工作,經外部4個網形控制點與場內4個固定點衛星定位測量,確定校正場內固定點之坐標,後經校正標穩定性測試,於校正程序中制訂相關作業規範,校正作業時利用固定點以全測站儀量測校正標中心參考值,並規劃光達測繪車掃描路線,經2次校正實作,確認校正程序執行成果良好,可以分別對地面、水平距離10公尺~27公尺的校正標進行掃描,所產出校正結果能確實反映LMS之測繪能力,經評估可應用於光達測繪車測繪案件,例如高精地圖之測製。

IMG_20201006_114031

(a) 配合109年度精進光達測繪車定位精度委託研究案試辦作業情形
(GNSS訊號遮蔽區,台南沙崙車站附近)

109LMS-C

(b)SLAM技術研發系統成果驗證作業情形
(GNSS訊號遮蔽區,環中路)

為了提升光達測繪車於GNSS訊號遮蔽區域定位精度,109年度本中心委託國立成功大學辦理「109年度精進光達測繪車定位精度」委託研究案。以同步定位與製圖技術(Simultaneous Localization And Mapping, SLAM)理論為基礎,結合車載光達觀測量、輪速計及固定標等輔助資訊,研發提高光達測繪車定位精度之技術(如下技術架構圖),進而提升光達測繪車產製成果之品質和增加成果可靠度。

SLAM1 技術架構圖

 

本案研提之光達SLAM演算法(如下圖)可分為四大部分,分別為(1)點雲預處理(Pre-processing)、(2)點雲匹配(Registration)、(3)點雲成果優化(Refinement)及(4)去除雜訊或平滑等過程(De-noising/Smoothing)。透過上述流程即可求得速度及航向角觀測量,用以反饋EKF並與原有之INS/GNSS觀測量進行整合。

SLAM2 SLAM演算法流程圖

研究結果及建議如下:

1.研究數據顯示,於透空環境不良處(環中路高架下方),利用輪速計資料及SLAM技術可提升定位精度。實驗中高架橋下方僅以GNSS資料求解時的定位精度,當加入輪速計資料解算,對於位置參數(E、N等)大約可提升40%以上的精度;如果僅加入SLAM技術解算時,大部分參數提升的幅度不明顯,可是對於Heading(方向角)相對有較顯著之提升;當兩者輔助資料均加入解算時,輪速計資料可對位置參數提升精度,SALM技術可提升Heading(方向角)精度,使整體定位精度獲得更好的提升。

2.測繪車於透空環境不良處作業時,通常需要布設大量控制點來約制定位成果,以業界經驗通常每100公尺左右布設1點,而本研究透過輪速計及SLAM技術輔助,可減少地面控制點布設數量,延長至240公尺左右布設1點可接近高精地圖之精度要求。

3.以測繪車作業時,特別是於GNSS全遮蔽區作業時,建議於出、入口多增設固定標或控制點,可進一步保障整體作業精度。未來可視不同作業環境,加入既有自然點或使用道路里程牌、交通號誌等輔助資訊並評估綜合使用之可行性。

4.本案已初步完成光達測繪車於GNSS遮蔽區之定位精度提升,預期後續可將修正後之軌跡用於點雲直接地理定位,可於半遮蔽或全遮蔽場域獲取高精度之三維點雲,可進一步評估於交通繁忙且GNSS接收環境惡劣都市區產製高精地圖之可行性。

 

110年度主要工作項目:
1.建置光達測繪車校正系統,申請過TAF認證。
2.辦理光達移動測繪系統成果整合應用研究。
3.發展空中(UAS)與地面(LMS)空間資訊整合技術。
4.LMS輔助圖資更新作業。
5.作業人員訓練。