先進類3D透地雷達及即時定位與製圖光達（Lidar-SLAM)技術交流研討會紀實

陳鴻輝土木技師、張崑宗測量技師

由明新科技大學土環系主辦、及台灣省土木技師公會新竹辦事處、新竹縣工程技術顧問商業同業公會、水保技師公會等單位協辦，「先進類3D透地雷達及即時定位與製圖光達（Lidar-SLAM)技術交流研討會」，於10月15日假明新科技大學舉辦，此次活動，共56位技師先進與會，大多為土木、水保、測量等技師及工程界人士，共同研討類3D透地雷達及即時定位與製圖光達（Lidar-SLAM)軟、硬體發展近況，並且實機操作，讓與會者實地了解該技術作業情形；同時互相討論激盪可能之應用，促進技師與學界之產學合作，成果圓滿。

這次研習活動分早上、下午二時段。上午場，由本會新竹辦事處處長陳鴻輝技師主持，首先由主辦人張崑宗博士，簡介土環系近年來於透地雷達與光達系統應用概況，接著由鄒工程師及本校防災技術研究中心專案經理吳先生，介紹類3D透地雷達基本原理及應用發展、實機展示與測試。

首先，介紹透地雷達基本原理，如何得到探測物深度? 深度X=v T，（速度v、時間T），訊號速度取決於資料，訊號速度可量測或估計，GPR反射是由不同的材質引起的K2 = Air，其中Rebar (K2)，Concrete (K1)；廣泛用於地質探勘、深層的岩土、淺層的岩土地質、考古學、淺層道路管線探勘。

測量方法，是以線掃描：採前、中、後線掃描，初步探測管線走; 網格掃描：細部網格及3D模型。圖像清晰度和平面Axis、深度、GPS、色彩調節、現地濾波器重疊品質有關。講者也舉出：新北市五股區成泰路某案例，為緩解地下空間開發矛盾，尤其是一些老舊管線空間定位不準確，及管線圖老舊，施工容易帶來安全隱憂以及影響用戶正常使用。破壞性檢測耗時又耗成本，因此在非破壞性檢測的儀器進行挑選，並引進Sensors & Software LMX 200型透地雷達對地下管線進行了探測，在對於老式管線定位提供了初步解決方案。該案在與市政府養護工程處委任監審方討論過後，選定了五股區成泰路二段附近為本次示範區域，並進行10公尺*10公尺3D網格掃描，網格解析度為0.5公尺，圖資套疊，用LMX-200 3D網格分析圖，得以下結論: 1.管線平面位置大致相同 2.管線最淺深度為30cm附近 3.管線最深深度為60cm附近 4.道路中間有個掩蓋的人孔蓋或者有個方形金屬物體，透過LMX200可以探測圖資上沒有的管線及物體，確保施工之安全。

下午場，由高先生講述Lidar-SLAM基本原理及應用發展、實機展示與測試。Lidar-SLAM基本原理及應用發展(3D LaserScanning)，
講者指出: 雷射掃描儀之分類有五：1.地面雷射掃描 (固定式掃描儀，高精度，高密度) 2.行動測繪 (車載高速掃描儀，需GNSS，IMU，高精度) 3.(SLAM-同步定位與地圖構建)4.移動式自主定位於掃描(公分及精度)5.空載及UAS雷射掃描(飛行器使用，隨航高，精度與密度不同)。

而雷射掃描技術相較於無線電雷達，波長較短的雷射光，雷達具有較好的解析度，通常使用1,550nm波長的雷射，該波長不會被人眼強烈吸收。LiDAR 技術(Light Detection and Ranging)，透過設備的雷射光，來進行測距或量測物理特性的光學遙測技術，也常用來偵測、並分析現實世界中物體或環境的形狀（幾何構造）、與外觀資料（表面反射率等性質）；脈衝式雷射掃描：發射雷射光與接收反射回來的訊號，利用時間差得知物體的方位與距離；相位式雷射掃描：透過雷射點發出至反射物之波形，計算此段距離之波形相位個數，藉此求出與反射物之間距離；點雲(point cloud)：是透過三維座標資料(X,Y,Z)、物體反射強度、色彩資訊R,G,B，將物體反射強度與目標的表面材質、粗糙度、入射角方向展現出來。點雲也是逆向工程中，透過儀器測量外表的點資料集合。

又雷射掃描技術的特性，有(1)訊號強度會隨著距離而下降、(2)點間隔也會隨著距離因為感測器的角度而變大、(3)高反射率的表面較無法接收到反射訊號、(4)環境中的雲霧會影響成果、(5)點雲資料並沒有顏色或材質的屬性。雷射掃描技術應用領域，有氣象觀測、監測地形變化，地形圖製作、監測樹木與植被生長，農作物管理、施工管理與測量，古蹟數位化、挖填方的體積估算、無人自駕車的障礙物辨識、機器人辨識環境與物體、刑事鑑定、礦場探測。

雷射掃描點雲處理軟體，有RECAP、Trimble、Edgewise、REVIT、BIM。其中Trimble X7掃瞄範圍 0.6m - 80m，測距精度2 mm，範圍雜訊< 2.5mm @ 30m 。Trimble行動測繪系統，用於大型調查專案、勘查、設計、工程、大型專案規劃、行動成像系統；不同的領域的問題，皆可找到適合的解決方案。

SLAM，是以RGB全彩點雲，每秒300,000點，範圍 80公尺之室內外皆可，同步進行定位與3D製圖。目前已應用在建物竣工MEP、 BIM、VCM、公共安全與鑑識、基礎設施-道路、高速公路、橋梁、隧道、水庫-測量體積、地測、變形、城市環境、工業設施-地形，礦山和採石場。

最後，所有參與者互動交流討論。與會者，給予本次舉辦工作坊內容高度肯定，對活動整體滿意度達九成以上，並希望校方未來多舉辦類似技術新知分享與產學交流活動；透過此類活動辦理，除了讓參與師生，瞭解當前技術發展趨勢，了解此類先進量測技術，如何協助環境災害調查、巡查檢測等產業應用以外，亦可以藉學習技術交流活動籌辦，與產業界近距離互動，創造未來產業界實習、產學合作機會。

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