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研究生: 林卓群
Lin, Jwo-Chyun
論文名稱: Lidar高精度數值地形應用於崩塌地區 快速調查研究
High Accuracy Digital Terrain with LiDAR on the Rapidly Investigation of Landslide Area
指導教授: 余騰鐸
Yu, Teng-To
陳昭旭
Chen, Chao-Hsu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 資源工程學系
Department of Resources Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 118
中文關鍵詞: DTM點雲資料LiDAR
外文關鍵詞: LiDAR, point cloud, DTM
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  • 地面LiDAR是最近幾年出現的高科技技術,此項技術具備先進的主動系統,能夠接受發射出至目標物的雷射光波,並且可不依賴太陽光,屬於全天日夜皆可作業來獲得地面三維地形資料。LiDAR比傳統測量方法具有高精度、高密集、高效率的優點。本研究將以地面光達技術應用於小崩塌區域的量測,利用所取得之高精度、高密度點雲資料來產製DTM,並對於崩塌地進行應用分析。

    本研究以曾文水庫東口崩塌地為研究區域,依序進行不同測站間點雲資料的連結、疊合與坐標轉換,並以不同時期點雲做套疊分析,產製出不同解析大小DTM資料,接著,利用地理資訊系統軟體的空間分析模組進行坡度、坡向與高程差值的資料套疊與分析,並計算出崩塌量及繪製地形剖面,以了解小崩塌區的地形變化趨勢。另外,本研究以產製之DTM資料另外建立精度模型,經計算後,可發現LiDAR 5m DTM之RMS值為2.278m;2m DTM之RMS值為2.234m;1m DTM之RMS值為1.791m。而1m DTM精度雖佳,但在小區域資料的分析上,5m DTM已能清楚了解地形變化。因此,由本研究成果可得知,透過地面LiDAR可求得高精度及高解析度的數值地形資料,且在各項條件優於傳統測量儀器下,可有效對於小崩塌地區進行監測及快速調查。

    Ground-based LiDAR is a highly advanced technology that appeared in recent years. This method possesses a sophisticated active system and can accept laser pulses emitted from the source. Not depending on sunlight, ground based LiDAR operates to gather data of the three-dimensional terrain during day and night. Compared with traditional survey techniques, LiDAR has higher precision, data density, and greater efficiency. This research uses this technique of LiDAR to the landslide areas, using these high precision and high density point cloud data to yield DTM, which can be further used to analyze these landslides. This research conduct the experiment with landslide in the Tseng-Wen reservoir. This includes the acquiring of the multiple scans for point clouds, alignment, merging, and geodetic transformation with these point cloud at different time to do overlapping analysis, and yield DTM data with different resolutions. Then, the spatial analyst of DTM to analyze the difference in the slope, aspect, and height difference values of the target region by GIS method. Calculating volumes of landslide and mapping the topographic profile, which are used to detect the trend in change of the landslide area. Additionally, this research uses the gathered DTM results to establish an accurate analysis for the model, and after calculations one can discover that LiDAR 5m DTM’s RMS value is 2.278m; 2m DTM’s RMS value is 2.234m; 1m DTM’s RMS value is 1.791m. Therefore, 1m DTM has the best accurate, but in the analysis for the small area datas, 5m interval DTM is enough to clearly interpret the geographical variations. Therefore, from this research results one could know that through ground-based LiDAR, digital terrain data with great accurate and high resolution can be obtained. With many characteristics superior to tradition survey apparatus, ground-based LiDAR can rapidly investigate and effectively monitor the landslide areas.

    摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 誌謝 IV 目錄 Ⅴ 表目錄 Ⅷ 圖目錄 Ⅸ 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究流程 3 1.3 研究內容 5 第二章 文獻回顧 7 2.1 數值地形資料 7 2.1.1 數值地形模型介紹 8 2.1.2 數值地形模型資料模式 10 2.1.3 數值地形應用研究方面 12 2.2 雷射掃描之應用 15 2.2.1 雷射技術發展 16 2.2.2 三維雷射掃描在地形上的應用 17 2.2.3 三維雷射掃描在工程上的應用 21 2.2.4 三維雷射掃描技術應用前景 22 2.3 地理資訊系統 23 2.3.1 地理資訊系統之定義 24 2.3.2 地理資訊系統於坡地分析的應用 24 2.4 小結 26 第三章 研究方法 28 3.1 地面雷射掃描測量原理 28 3.1.1 雷射測距原理 28 3.1.2 點雲資料內容 33 3.1.3 訊號反射特性 35 3.1.4 儀器介紹 36 3.1.5 點雲軟體 39 3.2 雷射掃描儀定位原理 40 3.2.1 掃描儀坐標轉換 42 3.2.2 現地假設坐標系統 44 3.2.3 TWD97坐標系統 44 3.3 精度分析 45 第四章 數值地形於崩塌地之應用分析 48 4.1 研究區概述 48 4.1.1 地質 52 4.1.2 地形 54 4.1.3 雨量 55 4.2 三維點雲資料匹配分析 59 4.2.1 地面LiDAR作業 59 4.2.2 點雲資料處理 60 4.2.3 點雲資料比對分析 67 4.2.4 崩塌量計算 70 4.3 地理資訊系統之空間分析 73 4.3.1 空間分析結果 73 4.3.2 坡度、坡向與崩塌分布關係 86 4.3.3 剖面線分析 88 4.3.4 高程差與坡度及坡向關係 94 4.4 DEM資料精度分析 96 4.4.1資料統計方法 96 4.4.2誤差比較結果 97 4.5 綜合討論 103 4.5.1地面LiDAR對崩塌地作業之可行性 103 4.5.2東口崩塌地侵蝕與地質關係 105 4.5.3地面LiDAR資料精度 105 第五章 結論與建議 107 5.1 結論 107 5.2 建議 108 參考文獻 110

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    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2006-07-31公開
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