2017年8月12日

空拍機製作正射投影地圖(1)簡介

會對這個主題感到興趣是因為看到這個工作坊的訊息-《2017 北部NGO 無人載具航拍製圖工作坊》


以下引述工作坊的說明
近年來，操作無人載具和影像處理的技術門檻及成本已大幅降低，使得無人載具已逐漸普遍應用在新聞媒體攝影、測量製圖、土地與工程開發、環境監測、生態保育各領域。目前，大家對於無人載具的攝影或錄影功能已相當熟悉，但對於如何搭配相關軟體，採用航空攝影測量技術產生3D模型動畫、正射影像、地表模型等影像資料，再進一步使用地理資訊系統分析這些資料、製作地圖或追蹤環境變遷的功能較為陌生。過往，大家需要花費很多時間和精力來收集國內各種環境議題相關的現場資料，做為對抗各種不當開發的直接證據；若能普遍的運用無人載具航空攝影測量和地理資訊系統的技術來監測關注區域的環境(或地景)變遷，對於環境變遷資訊的累積、傳播及環境運動應該會有很大的幫助。


我對於環境監測一直有很大的興趣，很多年以前看到public lab有個氣球空拍計畫，那時就一直躍躍欲試，當時連氣球都買了，但是卡在還要去買氦氣，三分鐘熱度就過了，所以還沒真的去做。對於氣球空拍有興趣的，以下幾個連結可以去看看。




對於環境監測來說，可以用氣球空拍，不過如果想要進行更精密的測量與監測，空拍機當然會比較好。我看了最上面的工作坊連結裡頭的製圖的講義之後，在取得空拍機後便想自己嘗試看看。不想拿空拍機只是飛高高拍照片影片而已，而是希望飛高高之後，可以在公民科學等方面做些事情，像是觀察樹冠覆蓋率、開發監測、環境變遷、天災、3D建模等。



使用空拍機進行製作正射投影地圖的流程如下
(1)規劃航線，以電腦輔助拍攝
(2)使用軟體將影像拼接成正射投影的影像、點雲、立體模型檔(obj、ply...)
(3)展示、分析與研究

幾個網站都已經將這個流程包裹成完整的App與雲端網站服務，使用者只要在App的地圖上規劃好拍攝的區域，App可以自動根據設定的高度和面積以及照片覆蓋率規劃好拍攝路線以及拍攝時機，當連接空拍機後，App可以自己控制拍照。使用者只要等空拍機拍攝完，拿出記憶卡用電腦上傳到網站，按幾個鍵等幾個小時之後，就可以在網站上瀏覽自建的正射投影地圖，甚至也可以產生3D建模的模型（處理後可以做3D列印）。不過服務這麼好的前提就是要收費！不過在某些情況下甚至是可以免費使用的，但就是功能受限。我研究了幾個網站和軟體，把它們做了些比較


一開始本想來拍拍學校，用來建模，不過後來查了禁航的資料，本校不偏不倚剛好門口開始就是被劃入機場內的禁航區，所以連飛都不可以飛，因此我就找了頭前溪來拍攝了。


空拍機常見之禁航區地圖 on Google Map 台灣禁限航區

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Pix4D：這是工作坊的講義中使用的軟體，我沒有實際使用過。有對應的航線規劃APP，還有雲端儲存與展示結果服務。免費試用期間15天，收費最便宜的價格是每個月350美金！。因為價格關係，所以我就沒有試用了，想了解使用方式的可以參考工作坊講義。收費資訊


DroneDeploy：有航線規劃APP和雲端運算網站，可以展示結果，運算後的資料可以測量長度、面積，可以有3D模型展示立體地形、植物健康度（類似NDVI)、高度圖等。註冊後，會有一個月的Pro等級的試用期，可以做十張地圖，上述各種分析功能都有。等到試用期結束（或是地圖額度用完），會轉換成Explorer的等級，可以免費使用，但是每個月只有5張地圖的額度，而且前述一些特殊分析功能是沒有的，也無法下載運算的結果。收費的話是一個月99美金，詳細價格資訊如此連結。


這是我拍攝的頭前溪的鷺鷥林，再用DroneDeploy的雲端服務建的照片。4.8公頃的土地，61張照片
http://drdp.ly/Zmwsi5

2D



3D



高度



植物健康度(看哪邊有多綠)




Altizure：香港科技大學創新公司開發的軟體與服務，所以中文界面使用上沒有問題。航線規劃、線上展示與分析的功能做得很棒，分析的功能甚至可以分析填方、挖方。如果有人在山裡挖了一個洞，你想知道他挖了多大的洞，你進行空拍與線上運算之後，就可以用填方去分析（要把洞填平為地面有多少體積）。或是你想當愚公去移山，你就可以用挖方分析要移走多少土石。

製作好的3D模型展示非常令人驚豔，像底下這是台灣的使用者拍攝土石流或坍方的現地模型，還有這個是亞洲水泥在新城的礦區。使用者註冊之後，可以製作無限個模型，但是每個地圖能使用的圖片是有限制的，剛開始都只能用30億像素的圖片（以Dji Phantom 4的預設照片，大約是150張），但如果模型製作得好，被編輯青睞，是有機會調高額度的。

免費等級的功能最大的限制是不能下載製作好的成果，只能線上觀看。如果想要下載，收費的方式是按件計費，以前述30億像素的模型來說，大約是台幣1000多元。費用資訊如此


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針對以上幾種收費服務，如果純粹想要拍攝建模與展示，那麼可以用Altizure。而如果有下載分析處理的需求，可以買DroneDeploy一個月的權限，99美金，可以無限製作地圖，然後在這一個月內把圖片都上傳上去處理再下載回來。


如果是想要享有自由免費運用的運算結果，比方說你是有連續長期的分析監控需求的，那麼以下兩個分別是開放原始碼的軟體，以及圖資存放與展示的平台會蠻適合的，但是使用上有門檻啊。


OpenDroneMap：安裝於本機上的開放原始碼軟體，有另外的web使用界面，叫做WebODM。安裝上會用到docker，有點門檻，我花了一天才搞懂。但安裝後，使用web界面的webODM操作很簡單，運算是使用本機資源，所以就會花不少時間在拼圖，運算後有很多種結果，像是點雲、GeoTIFF等，也可以用web界面做長度、面積測量或是展示，要運用在GIS分析研究是相當適合。

webodm的上傳照片與處理照片的介面





利用webodm的介面做影像測量




webodm的3D點雲模型



webodm可以產生的檔案類型，除此外也可以做出DTM數值高程模型。





OpenAerialMap：是正射空拍地圖的展示與下載開放平台，可用QGIS的plugin下載影像進行分析。如果是使用OpenDroneMap來製圖，就可以用這個平台來展示與分享。
這是把DroneDeploy製作好的影像再上傳到OpenAerialMap
https://map.openaerialmap.org/#/121.0764491558075,24.757641316553684,18/13212312220/597f462146e19904aab0a91d?_k=t6xkgg


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