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系統識別號 U0026-1107201915451900
論文名稱(中文) 利用空拍機影像反算表面流場
論文名稱(英文) Video-based Measurement of Sea Surface Current using UAV
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 水利及海洋工程學系
系所名稱(英) Department of Hydraulics & Ocean Engineering
學年度 107
學期 2
出版年 108
研究生(中文) 李丞哲
研究生(英文) Cheng-Che Lee
學號 N86061167
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 58頁
口試委員 口試委員-陳文俊
口試委員-謝志敏
指導教授-董東璟
中文關鍵字 空拍機  海流  控制點  頻散關係式  三維傅立葉轉換 
英文關鍵字 UAV  Current  Ground Control Point  Dispersion relation  3D-FFT 
學科別分類
中文摘要 海面連續影像序列提供了時間域以及空間域的海表面特徵資訊,是極具發展潛力的海洋環境資料,本研究討論利用空拍機影像所拍攝得到的海面影像時序列作為解析海表面特徵之可行性。本文透過影像分析技術對空拍機拍攝之海面影像時序列做三維傅立葉轉換,再利用頻散關係式(dispersion relation)對影像譜進行濾波,疊代計算得表面海流。本研究在探討觀測準確性之前對空拍機觀測海流遭遇之參數設定與環境因子問題進行探討,包含空間對位校正控制點所需之數量與擺放位置、控制點座標精準度、飛行高度以及風速和光線等因子,結果顯示控制點的佈設位置比數量影響更大,本文建議將控制點均勻佈設在陸域範圍,控制點數量至少四處以上,兩控制點間距建議大於五十公尺,另外本研究証實手機GPS定位座標即可滿足空拍機從事海流觀測之需要。本研究另發現當風速大於8m/s時,太陽仰角過高時,觀測結果不佳。本研究規劃空拍機和微波雷達及ADCP同步觀測來做定性和定量驗證,結果顯示空拍機觀測結果和雷達觀測結果一致,和ADCP量測結果之比對顯示流速均方根誤差為0.0985m/s,流向誤差為12.9º。由定量和定性上的結果顯示,以空拍機影像反算表面流場技術可實際應用於現場觀測,需要更多的實驗來獲得定量驗證結果以提高使用信心。
英文摘要 The images sequence provides information on the sea surface characteristics in the time and spatial domain. In this study, UAV had been used to capture the images sequence. An image analysis method based on the three-dimensional Fourier transform was also developed for obtain the sea surface current information which could be calculated iteratively by dropper shift from wavenumber-frequency spectrum. The influence factors and observation setting of the UAV, including the quantity and position of the ground control points, the coordinate accuracy, the flight altitude, the wind speed and light, were also tested. The results show that the position of the ground control points is more affected than the quantity. We recommended that the ground control points be evenly distributed around the land area. In addition, GPS position from mobile phone (iPhone XR) can meet the needs of the UAV for ocean current observation. This study also found that the observation results are not good under the conditions of wind speed greater than 8m/s or sun elevation angle too high. For verification and validation of sea surface current calculated from UAVs images, X-band radar and ADCP had been deploy and compare with. The results show that the UAV observation results are consistent with the radar, and the comparison with ADCP shows that the RMSE of the current speed is 0.0985 m/s and the direction error is 12.9º.
論文目次 摘要 I
誌謝 VIII
目錄 X
表目錄 XII
圖目錄 XIII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 前人研究 4
1-3 研究目的 7
1-4 本文架構 8
第二章 空拍機影像觀測原理 9
2-1 影像校正 9
2-2 空間對位演算法 12
2-3 影像譜轉換與濾波 14
第三章 影響觀測之儀器參數與環境因子 17
3-1 控制點分佈與數量之影響 17
3-2 控制點座標精確度之影響 26
3-3 風速之影響 31
3-4 光線之影響 33
第四章 觀測結果驗證 36
4-1 現場整合試驗佈置 36
4-2 定性驗證 43
4-3 定量驗證 48
第五章 結論與建議 51
5-1 結論 51
5-2 建議 53
參考文獻 55
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