無人飛行載具在近年來發展成熟，其可搭載高解析攝影機同時具高度的移動性以及遠距遙控功能，能夠取代人力快速且輕易地到達過去不容易接近的區域。再者目前無人飛行載具結合影像技術已經廣泛應用於大範圍或特殊環境條件下的資料收集任務中，為在有限人力之下要能持續監測港區設施安全穩定的理想選擇。
本研究透過無人飛行載具以及影像分析技術建立一個監測系統平台。計畫以兩年期執行，先以第一年先完成臺中港區4,700公頃之高精度三維及正射底圖，接著由整合載具控制與取像邏輯之分析，建構無人機飛航作業之軟體流程，並基於該流程取得穩健影像資訊來源進行特徵辨識，最後建置系統整合平台將相關功能納入；第二年則延續第一年成果，藉由三種改正方法的測試精進影像匹配方法，可轉至同視角與前期影像進行比較。此外，透過與其他無人機研發團隊所共同測試的跟隨技術、自動路徑規劃技術，無人機可成功沿著所規畫路徑飛行，同時可隨著車輛進行穩定飛行，定期收集的影像進行分析判識。在物件辨識方面，除原中突堤標的物缺漏視覺化呈現外，更提出PCI指標為北堤路路面進行評估，成果也獲得相關可行性之驗證。此整合方案可應用於港區的巡檢任務，追蹤港區土地使用狀況以及特定設施之安全穩定性。

目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 IX
表目錄 XVIII
第一章 前言 1-1
1.1 研究動機與目的 1-1
1.1.1 研究動機 1-1
1.1.2 研究目的及重要性 1-2
1.2 文獻回顧 1-2
1.2.1 傳統巡檢 1-2
1.2.2 UAV發展與應用 1-3
1.2.3 影像技術發展與應用難度 1-4
1.3 工作項目與流程 1-6
1.3.1 第一年度(110) 1-6
1.3.2 第二年度(111) 1-7
第二章 基礎資料蒐集分析 2-1
2.1 基於UAV影像技術之空間資訊建構 2-1
2.2 臺中港區空間資料蒐集與建構 2-3
2.2.1 控制點測量 2-3
2.2.2 影像資料蒐集 2-5
2.3 數值地形模型成果 2-6
2.3.1 臺中港區高解析度正射影像成果 2-7
2.4 影像資料蒐集標準化 2-10
2.4.1 中突堤巡檢影像參數 2-10
2.5 本章小結 2-11
第三章 無人飛行載具以及影像感測器硬體分析 3-1
3.1 無人機載具種類性能與感測器分析 3-1
3.1.1 定翼機性能與搭配感測器分析 3-1
3.1.2 旋翼機性能與搭配感測器分析 3-7
3.2 港區氣象資料 3-14
3.2.1 無人機抗風與防水條件定義 3-15
3.2.2 港區風速評估 3-16
3.3 無人機適宜性評估 3-21
3.4 本案巡檢無人機設備成本估算 3-22
3.5 本章小結 3-23
第四章 載具控制與取向邏輯方法 4-1
4.1 飛行模式建構方法 4-1
4.1.1 無人機地形測繪 4-1
4.1.2 無人機多點巡航 4-2
4.1.3 無人機單點環飛 4-3
4.2 無人機取像邏輯方法 4-4
4.2.1 影像參數 4-4
4.2.2 A star演算法 4-5
4.2.3 飛航障礙物迴避 4-6
4.2.4 控制與取像參數設定 4-9
4.3 路徑自動規劃 4-10
4.3.1 平台規劃流程 4-10
4.3.2 Mavlink檔案格式內容參數介紹 4-11
4.3.3 模擬飛行結果分析 4-13
4.3.4 飛機硬體配置 4-14
4.3.5 路徑規劃飛行成果 4-15
4.4 無人機自主跟隨技術開發 4-18
4.4.1 原理介紹 4-18
4.4.2 實地測試成果 4-21
4.5 本章小結 4-23
第五章 多時期UAV影像匹配辨識 5-1
5.1 UAV影像定位資訊 5-1
5.2 影像位置偵測及量測 5-2
5.3 多期UAV影像搜尋及比對 5-8
5.3.1 三種影像改正分析 5-9
5.3.2 中突堤隨機POI多期影像改正案例測試 5-10
5.4 本章小結 5-15
第六章 多時期UAV影像智慧化分析 6-1
6.1 多時期UAV影像智慧化分析流程 6-1
6.2 多時期UAV影像智慧化分析選擇之標的物 6-2
6.2.1 港區道路區域選擇之標的物 6-2
6.3 物件辨識模型選擇項目 6-2
6.4 物件辨識模型選擇 6-3
6.4.1 U net 6-3
6.4.2 Feature Pyramid Network(FPN) 6-4
6.4.3 實例分割mask RCNN 6-5
6.4.4 物件偵測YOLOv5 6-6
6.5 岸邊設施自動化辨識分析 6-6
6.5.1 語意分割 6-8
6.5.2 實例分割 6-9
6.5.3 設施多時期比對 6-11
6.6 北堤路設施自動化辨識流程 6-13
6.6.1 物點核算方法 6-13
6.6.2 北提路設施辨識成果 6-14
6.7 北提路路況自動化辨識流程 6-16
6.7.1 道路標線辨識 6-16
6.7.2 路面分割 6-19
6.7.3 路面坑洞辨識 6-20
6.7.4 裂縫偵測方法 6-21
6.8 本章小結 6-24
第七章 道路破損評分 7-1
7.1 裂縫分級定義 7-1
7.2 PCI計算流程 7-3
7.2.1 骨幹化(Skeletonize) 7-6
7.2.2 裂縫寬度量化流程 7-8
7.3 路面裂縫評估成果 7-9
第八章 UAV影像技術之延伸應用 8-1
8.1 構造物位移監測 8-1
8.2 光達影像分析 8-5
8.2.1 光達感測器介紹 8-5
8.3 熱紅外影像分析 8-7
8.3.1 熱紅外感測器介紹 8-7
8.3.2 煤炭堆溫度準確性測試 8-9
8.3.3 植栽NDVI分析 8-11
8.4 淤沙範圍變化分析 8-14
8.5 沙洲建模分析 8-15
8.6 本章小結 8-17
第九章 無人機影像整合管理平台 9-1
9.1 使用者操作平台系統架構 9-1
9.2 平台模組說明 9-2
9.2.2 量測功能 9-4
9.2.3 UAV航線規劃 9-5
9.2.4 UAV影像查看 9-9
9.2.5 岸邊設施物件辨識成果列表 9-12
9.2.6 北堤路路燈物件辨識成果 9-13
9.2.7 北堤路路面破損評分 9-14
9.3 本章小結 9-14
第十章 實地驗證與品質評估 10-1
10.1 無人機飛行相關檢核 10-1
10.1.1 飛行範圍與作業時間 10-1
10.1.2 無人機飛行穩定性及機動性 10-5
10.2 無人機影像品質檢核 10-7
10.2.1 原始影像解析度檢核 10-7
10.2.2 無人機路徑正確性測試 10-9
10.2.3 影像匹配品質評估 10-10
10.2.4 正射影像幾何精度檢核 10-11
10.2.5 數值地形模型高程精度檢核 10-15
10.3 取像邏輯規劃測試 10-17
10.3.1 無人機航線規劃實際飛行測試 10-17
10.3.2 無人機跟隨實際飛行 10-21
10.3.3 無人機路徑正確性檢核 10-21
10.4 PCI結果之合理性檢核 10-24
10.4.1 PCI計算流程驗證 10-25
10.4.2 訓練模型表現 10-28
第十一章 結論與建議 11-1
11.1 成果結論 11-1
11.2 後續建議 11-3
11.3 成果效益與後續應用情形 11-5
參考文獻 參-1
附錄一、 UAV於港區設施巡檢可行性評估表 附1-1
附錄二、 UAV巡航模式拍攝說明 附2-1
附錄三、 管理平台功能頁面 附3-1
附錄四、 無人機申請流程 附4-1
附錄五、 期中審查意見處理情形表 附5-1
附錄六、 期末審查意見處理情形表 附6-1
附錄七、 期末審查簡報資料 附7-1