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系統識別號 U0026-0408201813124200
論文名稱(中文) 以光束平差法及遮蔽位置估算法改善車載移動式測繪系統在都市地區定位精度之研究
論文名稱(英文) Positioning Improvement of Mobile Mapping System in Urban Area by Bundle Adjustment and Shadow Location Estimation
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 測量及空間資訊學系
系所名稱(英) Department of Geomatics
學年度 106
學期 2
出版年 107
研究生(中文) 周千又
研究生(英文) Cian-You Jhou
學號 P66051020
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 94頁
口試委員 指導教授-尤瑞哲
口試委員-邱式鴻
口試委員-趙鍵哲
中文關鍵字 車載移動式測繪系統  直接地理定位  空間前方交會  光束平差法  遮蔽位置估算法 
英文關鍵字 MMS  direct geo-referencing  space intersections  bundle adjustment  shadow location estimation 
學科別分類
中文摘要 現行車載移動式測繪系統(MMS)常聯合全球衛星導航系統與慣性測量單元(GNSS/IMU)資料整合成定位定向系統,以直接地理定位獲取測量車上,GNSS接收器在物空間坐標框架的三維位置與姿態,配合率定成果之固定臂與軸角,換算相機的外方位參數,以此作為空間前方交會的解算基準,求解物點的三維坐標。然而研究成果顯示車載移動式測繪系統若在高樓林立的都市地區中進行直接地理定位,因為受限於都市地區衛星訊號的遮蔽問題、儀器的規格與精度、相片交會幾何等因素,物點的定位精度表現通常不甚理想,其中影響最大的兩個因素是衛星訊號受建物的遮蔽以及相片的交會幾何。前者導致GNSS接收器在橫越街道方向的定位成果不佳,使得待測物點在橫越街道方向易產生系統性偏差;後者則導致待測物點(尤其位於測量車行車方向前方的物點)沿街道方向的定位表現不理想,且當在測區中沒有佈設或已知任何控制點時,該成果並無檢核依據,造成量測結果存在系統誤差或粗差時無法適時的改正。引入遮蔽位置估算法對GNSS接收器在橫越街道方向上的位置進行改正後,待測物點的定位精度在橫越街道方向能得到顯著的提升,然沿街道方向的定位精度仍受限於相片的交會幾何,遮蔽位置估算法無法有效改善該方向的定位精度。
本研究基於上述原因,藉由光束平差法及遮蔽位置估算法,減少車載移動式測繪系統中,相片交會幾何不佳以及GNSS衛星訊號遮蔽的問題,並從中探討控制資料的變化、實驗場的變化、觀測資料的變化等因素對物點位置精度影響的劇烈程度,以期在有限的作業成本下,提高車載移動式測繪系統於都市地區的定位精度。
研究顯示本模擬實驗使用兩台前拍相機進行直接地理定位與空間前方交會,未加入任何地面控制點時,物點精度約2公尺;以兩台前拍相機進行直接地理定位並引入遮蔽位置估算法對外方位進行改正後,在同樣未加入地面控制點時以空間前方交會解算物點位置能達到1.2公尺的定位精度;而以兩台前拍相機並配合極少量地面控制點在未引入遮蔽位置估算法的情況下進行光束平差法時,則能達到20公分的物點定位精度。
英文摘要 Mobile mapping system (MMS) is a new way and cost-efficient technique for acquiring three-dimensional spatial information in engineering like highways, urban streets, etc. Conventionally, the exterior orientation parameters (EOPs) of cameras on an MMS are calculated through direct geo-referencing (DG) by combining Global Navigation Satellite System (GNSS) and Inertial Navigation System (INS). The results of MMS are processed by EOPs and space intersections. Nevertheless, the positioning accuracy by such way is limited by the quality of GNSS receivers and inertial measurement units (IMUs). In the research, the methods with bundle adjustment and shadow location estimation are adopted for positioning precision improvement.
The utilization of bundle adjustment can elevate the number of redundancies to improve the precision and reliability of results and correct the EOPs of cameras to avoid the blunders or systematic errors from GNSS receivers and IMU’s measurements. On the other hand, the algorithm of shadow location estimation helps deal with poor performance of GNSS positioning in urban canyons to improve the precision of user’s position in cross-street direction.
Results of the research show that the algorithm of bundle adjustment is the most efficient way to increase the accuracy of the MMS’s result. Rather than traditional way that conduct space intersections without shadow location estimation, the algorithms of shadow location estimation and the space intersections significantly improve the accuracy of the MMS’s positioning results by 33% based on the research. Additionally, using the algorithms of shadow location estimation and bundle adjustment significantly improve the accuracy of MMS’s positioning results on the level of 11%.
論文目次 中文摘要 I
Extended Abstract III
誌謝 X
目錄 XI
表目錄 XIII
圖目錄 XIV
第一章 緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 文獻回顧 3
1-2-1 車載移動式測繪系統 3
1-2-2 都市地區的定位精度 5
1-3 研究方法與步驟 7
1-4 論文架構 8
第二章 車載移動式測繪系統 9
2-1 坐標系統與轉換 9
2-2 近景攝影測量 12
2-3 全球導航衛星系統 14
2-3-1 衛星定位原理 15
2-3-2 現行各全球衛星系統與星基增強系統 16
2-4 慣性導航系統 18
2-5 INS/GNSS整合系統 20
2-5-1 鬆耦合方式 22
2-5-2 緊耦合方式 23
2-6 直接地理定位 24
第三章 光束平差法與遮蔽位置估算法 27
3-1 空間前方交會 27
3-2 光束平差法 31
3-3 遮蔽位置估算法 32
3-3-1 衛星在都市的可視性 33
3-3-2 演算法的實現 34
3-3-3 演算法流程 38
第四章 實驗成果與分析 40
4-1 實驗設計 40
4-2 地面控制點密度對定位精度之影響 49
4-3 街道寬度對定位精度之影響 60
4-4 曝光站間距對定位精度之影響 68
4-5 引入遮蔽位置估算法對定位精度之影響 80
4-5-1 空間前方交會與光束平差法 83
4-5-2 地面控制點密度 84
4-5-3 曝光站間距 86
第五章 結論與建議 89
參考文獻 91
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