by James Huang 

15 1 月, 2022

無人機攝影測量

無人機應用正在崛起,不僅擁有上帝的視角,而隨著技術的進步,無人機正在商業領域逐漸開始有更廣泛的應用。 它們逐漸被廣泛應用於一個領域叫作"攝影測量"。 專注於攝影測量的無人機正被用於各種行業,以創建細緻的地圖和 3D 模型。 市面上大多數的無人機都具備攝影測量能力,因為它們配備了高端相機、GPS 模組及自主飛行模式。

無論你是在尋找創收方式的專業無人機飛手,還是希望藉由攝影測量來創造無人機價值的企業主,在本篇文章,就讓James來問你介紹什麼是無人機攝影測量以及如何運作?


什麼是無人機攝影測量?

在我們介紹無人機攝影測量之前,我們必須先知道什麼是「攝影測量」,因為無人機只是做為優化攝影測量的運作流程的工具,真正的核心還是在於攝影測量的知識建構。

無人機攝影測量

什麼是攝影測量學(Photogrammetry)?

「 攝影測量學」是通過記錄、測量解釋攝影圖像和電磁輻射圖像模式以及其他現象的過程來獲取有關物理對象環境可靠信息的科學和技術。攝影測量有許多種型態。一個例子是從二維數據(即圖像)中提取三維測量值;例如,如果圖像的比例已知,則可以通過測量它們在圖像上的距離來確定位於與攝影圖像平面平行的平面上的兩點之間的距離。另一種方法是從材料照片中提取準確的顏色範圍數值,這些數值表示反照率、鏡面反射、金屬度或環境光遮蔽等量,用於物理渲染。 近距離攝影測量是指從比傳統航空(或軌道)攝影測量更短的距離收集攝影。攝影測量分析可以應用於一張照片,或者可以使用高速攝影和遙感來檢測、測量和記錄複雜的 2D 和 3D 空間,通過將測量和圖像分析輸入計算模型以嘗試連續估計,並提高準確性。 從最初用於在地形圖上繪製等高線的立體繪圖儀開始,攝影測量現在具有非常廣泛的用途。

很複雜嗎? 再簡化點說明!

攝影測量就是利用光學攝影機獲取圖像,經過處理以獲取被攝物體的形狀、大小、位置、特性及其相互關係,只需說它涉及捕獲你想要記錄測量值的區域或對象的大量圖像即可。各種攝影儀器都可以進行攝影測量,依照使用設備的專業程度,攝影測量針對硬質的表面可以達到水平誤差1公分,高程誤差2-3公分的程度,就可以視為精確的體積計算,到底該用什麼樣的設備取決於精確度的要求 ! 至於無人機在攝影測量應用所扮演的角色,也是一個圖像獲取工具,但比其他設備,無人機能做的事情更多元,最重要的是更安全 更效率,這就是它的價值。

無人機攝影測量到底是什麼?

簡單說就是把過去的攝影測量圖像捕捉設備以無人機設備替代就是無人機攝影測量,現在大多數先進的無人機都配備了專業級相機(EX:DJI大疆創新無人機),都具備輕鬆捕捉低空高分辨率圖像的能力,為創建 2D 地圖和 3D 模型提供更好的數據。無人機攝影測量的量能正被用於建築、採礦、農業等許多行業,幫助他們更快地獲取準確的數據,從而使工作者能夠在規劃和執行項目時做出更明智的決策。

無人機攝影測量優勢

攝影測量航拍照片的主要優勢是它們可用於創建多種地圖。根據你所擁有的攝影測量軟件類型,可以創建各種輸出,例如正射鑲嵌圖、3D 點雲模型、數字表面模型等,並從中可以推斷出準確的測量值但要記住,單張航拍照片不能用在建構攝影測量圖,雖然航拍圖像非常適合攝影和電影用途,但需要多個角度的靜止圖像以確保測量圖的精準度。

正射影象鑲嵌圖(orthomosaic)

3D 點雲模型(3D MODEL)

數字表面模型(DSM)

數字地形模型(DTM)



無人機攝影測量與傳統攝影測量的區別

傳統攝影測量

無人機攝影測量

傳統的攝影測量方法是一個漫長又昂貴的過程,測量專業人員依靠全站儀、GPS 接收器和地面激光掃描儀等工具來獲取有關地表地形的高分辨率空間數據。這可能需要大量的時間和人力,增加了測量項目的成本,並使工人從其他任務中分心。在某些情況下,地面測量甚至可能對員工造成危險,尤其是在地形陡峭或偏遠且難以步行前往的地點途中,都是高變因的風險。

無人機攝影測量

無人機攝影測量

在無人機的幫助下,使用無人機可以在幾天內完成通常需要數週才能完成的測量工作,重點是無人機不僅降低人力及設備成本,甚至更有效率,執行任務途中讓工作人員擁有安全上的保障,無人機設備確實優化了攝影測量領域。無人機幾乎可以在任何地方快速部署,因此不須需將測量人員派往危險區域,即使是難以接近的物體,也可以透過使用無人機輕鬆繪製地圖。



無人機攝影測量的類型

無人機攝影測量與攝影測量相同,大致可以分為以下兩類:

度量攝影測量(Metric photogrammetry)

使用標的區域範圍上的坐標點來獲取接近精確的測量值並建立可視化對象。然後以彼此的相對坐標位置來構建地圖,這些坐標通常使用所謂的地面控制點(gcp)進行物理性設置,GCP有助於提升地圖整體訊息的精確度。

解釋攝影測量(Interpretative photogrammetry)

解釋攝影測量並不是以特定坐標為主,而是透過處理照上特定特徵例如目標大小、形狀、陰影、紋理、圖案等,並為圖像增加註釋以凸顯重要標的的狀態,解釋攝影測量雖然沒有辦法具備度量攝影測量的精準度,但足夠應付大多數的情況。



現實生活中的攝影測量

靈魂之窗-生活中的攝影測量概念

如果你無法想像攝影測量的運作概念,我提供大家一個概念方向 : 我們的雙眼就是一種設演測量的概念。 在生活中,我們的眼球一直正在使用攝影測量來創建眼前所看到的圖像,我們的眼睛就像兩個攝像頭,一直持續在處理周圍環境的實時信息。 因為我們的眼睛是左右眼分開的,因此分別以兩個稍微不同的角度進行兩種輸入,你試著在你的臉前舉起一根手指來自己測試,閉上一隻眼睛看它,然後是另一隻。 你會注意到自己的手指在相對於背景對像空間中「 跳躍瞬移」。



使用無人機進行攝影測量的行業

根據 Business Insider 說明,到 2025 年,無人機服務市場價值將達到 630 億美元左右,受益於技術的一些最大行業尤其是攝影測量領域如下:

無人機攝影測量

採礦和採石場(Mining & Quarries)

採礦是最危險的工作場所之一,但是,使用無人機,可以在不危及任何人的情況下繪製和測量地點。從無人機收集的數據將幫助公司獲得準確的庫存庫存,這將有助於整體投資回報率。由於無人機易於部署,因此可以頻繁地繪製和調查採礦地點,這將使您能夠比較數據並在採礦作業時做出更明智的決策。

無人機攝影測量

農業(Agriculture)

農業是無人機技術的最大受益者之一,借助無人機地圖和調查,農民可以更頻繁、更有效地監測農作物。這將使他們能夠更快地識別與作物健康有關的任何問題,並根據這些數據採取行動。定期作物分析可以幫助減輕疾病的傳播,發現不適當灌溉的區域,確定應該用除草劑及農藥處理的區域並監測作物生長。

無人機攝影測量

建築與工程(Construction & Engineering )

在無人機的幫助下,承包商可以在不影響數據準確性的情況下快速高效地繪製和測量建築工地。無人機地圖和調查還允許經常追踪項目的進度,無需前往現場。借由 3D 地圖,可以將初始設計的外觀與正在構建的設計進行比較,並確保它們相同。最大的好處之一當然是安全性,無人機具備不需要傳統測量設備的情況下繪製和測量場地能力,更安全、更省時。

無人機攝影測量

環境監測(Environmental monitoring)

無人機開始幫助我們監測環境以對抗污染、氣候變化和幫助保護野生動物和地球的方式中發揮重要作用。在許多領域,無人機製作的地圖和調查可以幫助環境和野生動物。借助這些詳細的地圖,工程師可以更好地了解如何減少冰川洪水、野火和空氣污染等事件的影響



無人機攝影測量的價值

雖然上面列出的每一項優勢都與無人機縮短工作時間、危險和成本的能力有關,但還有一個非常重要的因素需要考慮:無人機是否與傳統的地面方法一樣準確?多年來,無人機的準確度通常低於其理論潛力,但在這幾年的無人機技術演進,情況已經開始有了轉變.....只要具有正確功能的無人機,就足以擔任許多應用的地面測量的角色。那什麼叫作正確功能呢?  攝影測量準確度的關鍵就在於「攝像頭」及高精度的GNSS系統」。

我們以目前市面上最常見的DJI大疆創新無人機為例,DJI Mavic系列及DJI Phantom4系列就具備擔任無人機攝影測量的角色,其實在近幾年推出的DJI無人機產品,我們可以看到DJI 一直在強化攝像頭的規格,但這樣的強化就相對地強化了DJI無人機在攝影測量地應用 ; 另一項重要的關鍵是高精度的GNSS系統,DJI 為了優化旗下產品在無人機攝影測量應用,以DJI Phantom4為基底開發了一台具備強大的抗磁干擾能力和精準定位能力的DJI Phantom 4 RTK 無人機,專注於無人機航測應用。DJI Phantom 4 RTK是台航測專用機,但是高精度的GNSS系統可以藉由地面儀器及控制點的部屬來解決,這就取決於個人預算上的考量,價格越高的無人機,當然會給你更優質的回饋,若個人預算有限,雖然必須多花點時間在圖像的產出上,但一樣可以達到效果。我想要分享的事情是,不只是DJI無人機,目前市面上知名的主流的無人機品牌都具備攝影測量的實力,就看自己如何熟悉並理解手上的無人機性能,熟練操作技術及軟體操作,融會貫通運用,就可以做出優質的無人機攝影測量。

無人機運用在攝影測量的經濟效益是非常可觀的,在許多應用領域,往往時間是最重要的一個指標,而無人機也確實解決的各領域真正的痛點: 降低時間成本

無人機攝影測量


結論

無人機在各行各業的應用非常廣泛,在無人機攝影測量也是一門專業且實用的學問,從過去的攝影測量到現在有了無人機應用的加入,不只是攝影測量,在各行各業都是增添一門新穎色彩及價值。James真心覺得單純以無人機飛手為目標的話,是遠遠不夠且狹隘的,我建議有心要從事無人機領域的大家,除了專精無人機技術之外,也必須至少具備基本程度的專業領域知識,我會繼續為大家分享更多專業領域的相關知識及技能,這篇無人機攝影測量」就是啟動的號角,一起往成為無人機工作者目標前進吧 !



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Last Updated on 2022-01-19 by James Huang

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  • 這個主題好有趣喔!成為無人機工作者在未來應該是個不錯甚至是有趣的職業,期待版主之後的新發現🥸

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    關於作者James

    James是一名勞力上班族,由於對無人機非常熱愛,在休假之餘努力自我培養無人機相關能力,創辦DronesBoy無人機男孩網站幫助初入無人機領域的新手們,在短時間內獲取成為無人機飛手應具備的知識能力。一心只想專注於價值的付出,希望透過網站實踐自我理念並傳遞正向價值觀,人生很短,抓緊每一刻,認真得做自己想做的事。

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