應用無人機傾斜攝影三維建模於遠距建成環境模擬之方法

Methodology of Remote Built Environment Simulation Using UAV Tilt Photography 3D Modeling

10.53106/101632122021090117006

束博(Bo Shu)；張效通(Hsiao-Tung Chang)

無人機 ； 傾斜攝影 ； 遠距調查 ； 環境模擬 ； 風環境分析 ； Unmanned Aerial Vehicle (UAV) ； Tilt Photography ； Remote Survey ； Environment Simulation ； CFD Simulation

建築學報

117期（2021 / 09 / 30）

117 - 139

繁體中文

遠距山坡地區建成環境的環境模擬一直困擾規劃者，不僅僅是建成環境的調查測繪困難、3D建模與環境模擬不易，凸顯了規劃設計者的窘境。因此，本文嘗試利用遠距地區建成環境，以無人機傾斜攝影進行3D建模，以致於運用到環境模擬，研提一套簡便的方法論供規劃設計者參考。研究成果為：1.建置遠距地區建成環境模擬之方法論；2.透過陽明山中國文化大學為例實地案例分析，驗證遠距山區建構3D模型及物理環境模擬方法論的可行性。最後再討論此方法論的適用情況。

The environmental simulation of the built environment in the remote hillside area has always troubled planners. It is not only the difficulty of surveying and mapping the built environment, but also the difficulty of 3D modeling and environmental simulation, which highlights the dilemma of planners and designers. Therefore, this paper attempts to make use of the built environment in the remote area to carry out 3D modeling with UAV tilt photography, so as to apply it to the environment simulation, and to develop a set of simple methodology for planning designers' reference. The research results are: 1. Establish the methodology of the built environment simulation in the remote area; 2. Through the field case analysis of Yangmingshan Chinese Culture University as an example, verify the feasibility of the construction of the 3D model and the physical environment simulation methodology in the remote mountain area. Finally, discuss the application of this methodology.

1. 張效通, H. T.,劉錫睿, X. R.,張慕恩, M. E.,王常暢, C. C.(2020)。運用影像辨識法探討行人步道綠視率與熱影像溫度之相關性分析。建築學報，114，39-57。
   連結：
2. 陳家興, C. S.,蔡欣樺, S. H.,吳可久, K. C.(2021)。基於無人機遙測都市熱島效應之空間分析方法。建築學報，115，57-72。
   連結：
3. 羅正方, C. F.,劉正倫, C. L.,李良輝, L. H.,陳信安, H. A.,張庭榮, T. R.,林昌鑑, C. J.,施錦揮, J. H.(2018)。無人機傾斜攝影於三維都市模型重建之應用。航測及遙測學刊，23(2)，127-140。
   連結：
4. Bitsuamlak, G. T.,Stathopoulos, T.,Bedard, C.(2004).Numerical evaluation of wind flow over complex terrain.Journal of Aerospace Engineering,17(4),135-145.
5. Chronis, A.,Stefopoulou, F.,Liapi, K.(2018).Integration of CFD Simulations in Compuational Design for Harnessing the Natural Ventilation Performance of Typical Atrium Spaces in Athens.Building Performance Analysis Conference,Greece:
6. De Barros, C. A. P.,Minella, J. P. G.,Schlesner, A. A.,Ramon, R.,Copetti, A. C.(2021).Impact of data sources to DEM construction and application to runoff and sediment yield modelling using LISEM model.Journal of Earth System Science,130(1),1-17.
7. Dhunny, A. Z.,Lollchund, M. R.,Rughooputh, S. D. D. V.(2017).Wind energy evaluation for a highly complex terrain using Computational Fluid Dynamics (CFD).Renewable Energy,101,1-9.
8. He, G. B.,Zhang, X. D.,Zhang, R.(2019).Application of Three-Dimensional Scene Technology in Land Management.The International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences,42,37-41.
9. Jiang, S.,Jiang, W.,Huang, W.,Yang, L.(2017).UAV-based oblique photogrammetry for outdoor data acquisition and offsite visual inspection of transmission line.Remote Sensing,9(3),278.
10. Launder, B.,Spalding, D. B.(1972).Lectures in mathematical models of turbulence.London:Academic Press.
11. Lingua, A.,Noardo, F.,Spanò, A.,Sanna, S.,Matrone, F.(2017).3D model generation using oblique images acquired by UAV. ISPRS—International Archives of the Photogrammetry.Remote Sensing and Spatial Information Sciences,XLII-4/W2,107-115.
12. Martínez-Carricondo, P.,Agüera-Vega, F.,Carvajal-Ramírez, F.(2020).Use of UAV-photogrammetry for quasi-vertical wall surveying.Remote Sensing,12(14),2221.
13. Maurizi, A.,Palma, J. M. L. M.,Castro, F. A.(1998).Numerical simulation of the atmospheric flow in a mountainous region of the North of Portugal.Journal of wind engineering and industrial aerodynamics,74,219-228.
14. Mughal, H.(2020).Palermo,Università degli Studi di Palermo.
15. Shao, Z.,Li, Y.,Deng, R.,Wang, D.,Zhong, X.(2021).Three-dimensional-imaging thermal surfaces of coal fires based on UAV thermal infrared data.International Journal of Remote Sensing,42(2),672-692.
16. Shi, X.,Yang, W.(2013).Performance-driven architectural design and optimization technique from a perspective of architects.Automation in Construction,32,125-135.
17. Toparlar, Y.,Blocken, B.,Maiheu, B.,Van Heijst, G. J. F.(2017).A review on the CFD analysis of urban microclimate.Renewable and Sustainable Energy Reviews,80,1613-1640.
18. Wieringa, J.(1986).Roughness‐dependent geographical interpolation of surface wind speed averages.Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society,112(473),867-889.
19. Zhang, R.,Li, H.,Duan, K.,You, S.,Liu, K.,Wang, F.,Hu, Y.(2020).Automatic detection of earthquake-damaged buildings by integrating UAV oblique photography and infrared thermal imaging.Remote Sensing,1
20. 王帥永, S. Y.,唐川, C.,何敬, J.,張衛旭, W. X.,方群生, Q. S.,程霄, X.(2016)。無人機在強震區地質災害精細調查中的應用研究。工程地質學報，24(4)，713-719。
21. 王峰, F.,侯精明, J. M.,王俊琿, J. H.,王興樺, X. H.(2020)。基於傾斜攝影的城市洪澇過程三維可視化展示方法。西安理工大學學報，36(04)，494-501。
22. 王琳, L.,吳正鵬, Z. P.,薑興鈺,陳楚(2015)。無人機傾斜攝影技術在三維城市建模中的應用。測繪與空間地理資訊，38(12)，30-32。
23. 王福軍（編）, F. J.(2004).計算流體動力學分析——CFD 軟件原理與應用.北京市=Beijing:清華大學出版社=Tsinghua University Press.
24. 朱樂東, L. D.,任鵬傑, P. J.,陳偉, W.,周成, C.,王繼全, J. Q.(2011)。壩陵河大橋橋位深切峽穀風剖面實測研究。實驗流體力學，25(4)，15-21。
25. 朱贊, Z.,周增林, Z. L.,李祥聰, X. C.,甘淑, S.,袁希平, X. P.,高莎, S.(2019)。不同地形特徵下的 TLS 點雲空洞修補精度分析。地質災害與環境保護，30(01)，91-96。
26. 宋麗莉, L. L.,吳戰平, Z.P.,秦鵬, P.,黃浩輝, H. H.,劉愛君, A. J.,植石群, S. Q.(2009)。複雜山地近地層強風特性分析。氣象學報，67(3)，452-460。
27. 李軍, J.,胡非, F.,程雪玲, X. L.,朱蓉, R.(2013)。CFD 在複雜地形風能開發中的應用研究。太陽能學報，34(07)，1250-1256。
28. 李魁山, K. S.,王峰, F.,趙彤, T.,李家應, J. Y.(2012)。城市超高層建築群人行區風環境舒適性研究。綠色建築，4(05)，16-18。
29. 李鵬昊, P. H.(2019)。無人機遙感技術下曆史建築資訊模型構建——以寧夏銀川市拜寺口雙塔為例。建築與文化，11，68-70。
30. 杜青松, Q. S.,李國玉,彭萬林, W. L.,周宇, Y.,柴明堂, M. T.,李金明, J. M.(2021)。利用 InSAR 技術獲取高寒高海拔地區高精度 DEM。測繪通報，03，44-49。
31. 沈煉, L.,韓艷, Y.,蔡春聲, C. S.,董國朝, M. G.,李春光, C. G.(2016)。山區峽穀橋址處風場實測與數值模擬研究。湖南大學學報（自然科學版），43(7)，16-24。
32. 於麒, Q.(2019)。長春=Changchun，吉林大學=Jilin University。
33. 武雨亭, Y. T.(2019)。武漢=Wuhan，華中農業大學=Huazhong Agricultural University。
34. 胡勇, Y.,何旭濤, X. T.,徐輝, H.,周冰, B.,王黎, L.(2021)。RTK 無人機在潮間帶地形測量中的應用。地理空間資訊，04，41-43+55+6。
35. 唐雅玲, Y. L.(2018)。武漢=Wuhan，武漢大學=Wuhan University。
36. 孫傑, J.,謝文寒, W. H.,白瑞傑, R. W.(2019)。無人機傾斜攝影技術研究與應用。測繪科學，6(06)，145-150。
37. 國土測繪中心=National Land Surveying and Mapping Center(2011).建置都會區一千分之一數值航測地形圖作業工作手冊.台北=Taiwan:國土測繪中心.
38. 張希斌, X. B.(2019)。合肥=Hefei，合肥工業大學=Hefei University of Technology。
39. 張紅利, H. L.(2020)。測繪工程中特殊地形的測繪技術。居業，02，27-28。
40. 莊智, Z.,餘元波, Y. B.,葉海, H.,譚洪衛, H. H.,謝俊民, J. M.(2014)。建築室外風環境 CFD 模擬技術研究現狀。建築科學，30(2)，108-114。
41. 陳玥, Y.,李英成, Y. C.,李兵, B.,劉曉龍, X. L.(2021)。複雜地勢下輕小型無人機 LiDAR 自主航線設計。測繪科學，03，104-109+132。
42. 景軍, J.(2020)。無人機傾斜攝影測量在應急測繪中的應用。地礦測繪，3(2)，80-82。
43. 馮林, L.,傅軍, J.,鄭剛兵, G. B.,施紅輝, H. H.,董若淩, R. L.(2017)。實際複雜山地地形下建築選址與佈局研究。浙江理工大學學報（自然科學版），2017(02)，305-310。
44. 黃品彰, P. J.(2017)。臺北=Taipei，臺北科技大學=National Taipei University of Technology。
45. 黃韋凱, W. K.,李璟芳, J. F.,柳鈞元, J. Y.,陸安, A.,林錫宏, X. H.,邱禎龍, Z. L.(2020)。新興多元尺度山崩調查技術。技師期刊，91，49-55。
46. 楊文府, W. F.,王冠傑, G. W.,李國鋒, G. F.,崔玉柱, Y. Z.,汪雯雯, W. W.,張文凱, W. K.(2020)。針對無人機傾斜攝影數據的不同處理軟件空三加密。測繪通報，08，96-100。
47. 楊立國, L. G.,嚴亞林, Y. L.,李宏海, H. H.(2020)。某滑雪場複雜山地地形風場的風洞試驗與數值模擬研究。建築結構，11，135-140。
48. 楊明德, M. D.,陳韋廷, W. T.,黃凱翔, K. S.,Shaw, M.(2015)。應用 UAV 影像建置現地堰塞壩三維模型。中華水土保持學報，46(2)，88-95。
49. 楊雲峰, Y. F.,魏天宇, T. Y.,郝晶晶, J. J.(2020)。基於傾斜攝影技術的三種建模軟件比較研究——以南京佘村為例。園林，4，16-23。
50. 趙宏, H.,杜明成, M. C.,吳俐民, Y. M.,勾威,鄭瑩崗,趙雷,靳曉蘭(2016)。基於傾斜攝影測量技術的智慧城市 5D產品製作工藝實現。測繪工程，09，73-76。
51. 劉尚蔚, S. W.,王維洋, W.Y.,魏群, Q.(2016)。三維實景建模技術及其應用。中國水運（下半月），11，132-134。
52. 繆玉周, Y. Z.(2018)。南昌=Nanchang，東華理工大學=East China University of Technology。
53. 羅瑤, Y.,莫文波, W. B.,顏紫科, Z. K.(2020)。傾斜攝影測量與 BIM三維建模集成技術的研究與應用。測繪地理資訊，04，40-45+126。

1. 陳首騎,馬國宸,林文苑(2023)。運用熱顯像無人機分析埤塘種電前後蒸發量變化之研究。中國土木水利工程學刊，35(6)，587-593。