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2021年11月26日 星期五

 

The Rise of Drones in Construction

無人機在建築業的興起



12 月 2 日電信公會「5G 建設智慧活力新台灣論壇」現場額滿


直播頻道如下:


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wingtra


根據麥肯錫的一項研究,建築行業的效率極低。大型建築項目的完成時間通常比預期長 20%,並且超出預算高達 80%。


與其他行業相比,該行業在採用新的數位技術方面進展緩慢,儘管其長期效益顯著。現在是中斷的時候了。根據這項研究,商用無人機或無人駕駛飛行器 (UAV) 是實現這一目標的關鍵。


一些建築公司已經加入了專業無人機的行列。2018 年,該行業的無人機技術採用率成長了 239%。普華永道在其關於無人機影響的報告中表示,在整個建築項目中使用無人機為所有活動提供了無與倫比的記錄;削減規劃和調查成本;提高效率和準確性,並消除在給定時間點對項目狀態的爭議。難怪無人機項目目前對建築公司來說,是一項了不起的投資。


我們將使用以下案例研究中的實際例子來說明無人機在建築中的優勢和應用。所有這些案例都涉及使用 WingtraOne 勘測無人機。


前期施工和設計

空中無人機圖像可防止錯位

無人機太陽能土地調查數據,可防止伊利諾伊州洪水氾濫的土壤出現施工錯誤

瑞士阿爾卑斯山的施工前調查

VTOL 無人機 WingtraOne 為阿爾卑斯山帶來風能 

EuroTube 測試軌道

WingtraOne 無人機幫助建造 EuroTube


土木工作和建築

無人機飛行進行道路調查

挪威政府利用無人機數據,節省道路調查的時間和金錢

無人機在施工中的道路上準備進行調查

WingtraOne 將道路調查提升到更高的速度、節省和安全水準


維護和檢查

道路檢查聖哥達通行證

無人機數據和 3D 地圖,解決了聖哥達山口的道路安全問題

無人機數據如何用於建築行業?


無人機主要用於建築行業,用於測量和檢查目的。無人機配備了向下的感測器,例如 RGB、多光譜、熱像或雷射雷達,它們可以在短時間內捕獲大量的航拍數據。


帶有用於測量的攝影機的無人機

配備 RGB 攝影機的無人機示例

透過攝影測量獲得真實世界的洞察力


在使用 RGB 攝影機進行空中無人機調查期間,地面、其特徵和建築物從不同角度多次拍攝,每張圖像都帶有坐標標記。首先,這些高度詳細的地理標記圖像,可用於資產和檢查,例如建築物屋頂或難以到達的區域。它們還可用於遠距離監測區域,例如植被行、道路和鐵路。


攝影測量圖

無人機從多個角度拍攝圖像。根據這些圖像,攝影測量軟體創建,帶有地理位置資訊的 2D 和 3D 地圖。

將該技術更進一步,攝影測量軟體可以組合圖像,以生成地理參考的 2D 地圖、高程和 3D 模型。這些地圖可用於提取資訊,例如精確距離、表面和體積測量值。


誰最能從無人機技術中獲益?

建設和管理大型基礎設施(如公路、鐵路、橋樑、水壩、水庫、機場、工業綜合體、石油和天然氣營運以及電力綜合體)的公司在使用無人機數據,來優化其營運方面具有相當大的潛力。


長廊製圖

這段路(7 公里,4.3 英里)是使用 Wingtra One 無人機使用其走廊測繪功能,在單次飛行中捕獲的。


此類項目的複雜性和規模,使他們面臨這項技術,可以幫助解決的許多挑戰,包括耗時且成本高昂的調查、早期辨識施工錯誤、錯過最後期限的處罰、利益相關者與承包商之間的溝通不暢,以及體積評估。它還可以幫助利益相關者有效地進行調查,以避免由於缺乏維護,而對環境造成的破壞,而導致建設後的金融負債。


無人機還可以打開以前難以訪問或密切追踪的新應用。想想監控或檢查難以到達的區域,或者分析和優化快速變化的環境,例如建築工地。


第1章


使用無人機進行建築和基礎設施項目的六大好處

與地面技術或有人駕駛飛機相比,無人機在建築行業的第一個也是最明顯的好處是能夠更快、更便宜地獲取現場的精確視覺數據。然而,這只是無人機可以為建築公司帶來的眾多好處之一。


1. 快速、可重複、按需圖像採集

在一個建築工地上,總是有一個承包商、一個工程公司、一個土木公司和一些分包商來執行專門的工作。除了涉及很多團隊之外,截止日期很緊迫,需要經常更新記錄來推動決策,並協調多個利益相關者。


這就是無人機對建築工地管理人員的主要優勢所在。無人機可在幾個小時內,按需提供施工現場的完整圖片。


無人機航拍特寫

這張正射鑲嵌地圖由單次無人機飛行期間,產生的數百張詳細圖像組成。

建築工地的無人機航拍圖

這張正射鑲嵌地圖由單次無人機飛行期間,產生的數百張詳細圖像組成。

無人機航拍特寫

這張正射鑲嵌地圖由單次無人機飛行期間,產生的數百張詳細圖像組成。


以前的與下一個

無人機產生的清晰、詳細的圖像使現場管理人員,能夠根據最新數據和全面重建的現場地圖,追踪工作進度並做出準確決策,而不是依賴可能無法反映現實的計劃或不完整數據。


航拍圖像還可以作為與各方交流時的視覺輔助工具,讓每個人都可以親眼看到已經完成的工作和尚未完成的工作。


2. 準確全面的數據

除了擁有詳細的航拍照片外,無人機在單次飛行中收集的相同數據,還提供了帶有 GPS 點的完整 2D 和 3D 站點地圖。這些地圖可以準確測量距離、表面、高程和體積。從那裡,攝影測量軟體還生成高程模型,例如數位地形模型 (DTM) 和數位表面模型 (DSM)。


挪威一條道路的點雲

從無人機圖像創建的地圖包含數百萬個點。它們可以非常有效地測量瀝青邊緣、路緣、中心線和所有相關的道路特徵。


以前的與下一個

使用無人機,如果丟失數據點,您不再需要返回工作現場。Bacon Farmer Workman (BFW) 是美國中西部的一家工程和測量公司,為建築行業的客戶提供高品質的測量:「過去的情況是,在測量中會遺漏一個地標,如沙井. 他們需要它的位置,所以必須有人開車出去,設置設備並獲取它的坐標。」 BFW 移動測繪和 LiDAR 部門經理 Jacob Cash 解釋說。 


「有了這種 [無人機] 技術,我們不再這樣做了。我剛接到一個電話或一封電子郵件,有人說'嘿那個沙井,你能給我一個 x,y,z 嗎?幾分鐘之內,我就能做到。」

雅各布·卡什 BFW 移動測繪和 LiDAR 部門經理

3. 節省成本和時間

無人機顯著減少了現場耗時的數據收集及其相關的勞動力成本。擁有 30 年曆史的測繪公司 Hades Geodeesia 正在使用無人機為愛沙尼亞一條主要高速公路的建設提供準確的測繪數據:“出去走三四個小時,得到大約 500點並進行計算。” Hades Geodeesia 的首席執行官 Vaiko Veeleid 說。 


無人機調查中高速公路建設的點雲播放影像

飛越 22 公里(13.7 英里)長的公路。生成的點雲包含 12 億個點,GSD 為 1.2 厘米/像素(0.4 英寸/像素),可進行精確測量。使用 Wingtra One 無人機在現場收集這些數據需要 9 個小時。


相反,我可以帶著無人機飛行半小時,處理數據,我得到與普通方式相同或更好的結果。

維科·維萊德


冥府測地

挪威的大型公共工程也從這項技術中受益匪淺。挪威公共道路管理局開始在道路建設期間使用無人機進行定期調查。 


傳統上,我在現場使用掃描儀需要大約五天的時間,才能使用 Wingtra One 無人機在一個小時內獲得數據,然後我必須在內部對其進行編輯。

Gry CS Kjellsmoen


挪威公共道路管理局總工程師

最後,無人機數據在建設項目的所有階段都可以節省時間和金錢,原因有很多,這些原因可以歸為列出的六個好處中的任何一個。


4. 更好的文檔和更快的與分包商的對賬

簡單和重複的調查,意味著該場景將在其整個生命週期中,擁有更完整的文檔。


如果項目在錯誤的建設基礎上繼續推進,那麼即使不是不可能,也很難追查錯誤發生在何處或是誰造成的。無人機數據在施工過程中的頻繁點提供清晰、準確和可檢索的文檔。這允許利益相關者審查和查明錯誤發生的位置,並在庭外解決這些爭議,因為證據更清楚。  


更好的文檔的另一個好處,是可以分析收集的數據,以從中吸取教訓並比較它以進行基準測試。


5. 遠端訪問場景當前狀態

總部的 BIM 經理、測量員和經理,目前必須親自出差,或依靠現場工人,來獲取有關施工進度的資訊。透過有人在現場駕駛無人機並捕捉圖像,你將能夠直接在你的電腦上查看項目的進度,對其進行評估並與現場經理討論,就像你在現場一樣。


遠端訪問施工測量

基於雲端的平台,例如 無人機佈署 允許利益相關者從任何位置訪問施工進度。

透過這種方式,無人機使管理人員可以輕鬆了解,其在多個國家或地區的業務部門的活動,並獲得你通常在不旅行,或其他人的善意的情況下無法獲得的資訊。


6. 增加安全性

能夠在不進入機器的情況下,監控和檢查難以到達的地方或機器中間的區域,顯然可以減少工人發生事故的風險。


除此之外,建築工地的安全還在於確保只有合格人員才能進入的工作區域。因此,無人機圖像可以幫助更快地定位場景周邊的漏洞,防止平民進入和潛在事故。


但是在檢查和維護工作中可以發現最大的安全改進。工作人員無需攀爬電線桿、使用繩索檢查設施特徵,或在繁忙的高速公路上工作,而是可以駕駛無人機檢查圖像,而不會將自己置於危險之中。


第2章

無人機在整個施工週期中的應用

無人機數據用途廣泛,可用於整個施工生命週期,從可行性和招標到交付和維護。


一、招投標及前期策劃

甚至在許多建設項目啟動之前,就需要對場地進行地形調查,以更好地了解項目所在的環境。用無人機數據生成的場地的 DTM 和 DSM 可以顯示可能的排水點、海拔變化和其他有助於選擇建造、挖掘或儲存材料的最佳位置的因素。


阿爾卑斯山的現場調查 - DSM 地圖

預規劃階段的調查,還可能涉及在難以到達的地區,或根本沒有任何道路通道的地區進行調查。在阿爾卑斯山中部海拔 2500 m(8200 英尺)的高海拔地區,將建造 20 颱風力渦輪機。該場地缺乏道路通道,也沒有任何預先存在的用於風電場場地規劃的詳細數據。Wingtra One 無人機對這片 800 公頃(1908 英畝)的山區進行了勘測,生成了正射影像、DSM 和精度為 3 至 4 厘米(1.2 至 1.6 英寸)的 3D 模型。所有這一切都是在幾個小時內完成的,而不是幾天或幾週。


以前的與下一個

2、規劃設計

無人機收集的完全相同的圖像,可以用作規劃過程的一部分,為建築師、地方當局和工程師等其他人的工作奠定基礎。


使用無人機正射影像和 3D 模型,您可以將建築物疊加到其環境中,以清楚地了解新建築物與現有建築物相鄰的外觀。你可以從實用和美學的角度,評估新項目將如何影響該地區。3D 模型還允許對投射陰影和前景/視圖,進行分析和可視化。您還可以提取精確的數據,例如路緣石或檢修孔測量值,並將它們導入你的 CAD 或 GIS 軟件以豐富現有數據。


有地表分配的預計建築物

帶分區的城市規劃

分區地圖疊加在混合城市和休閒區的航空地圖上。

帶有分區和新建築的城市規劃

帶有建築區以及現有和投影建築物的航空圖

與建築物的城市規劃

包含現有和投影建築物的航圖

3d 建築的城市規劃

頂部帶有 3D 投影建築物的航空地圖

有地表分配的預計建築物

帶分區的城市規劃

分區地圖疊加在混合城市和休閒區的航空地圖上。

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因為整個項目都基於地理空間數據,所以它必須是準確的。這也是無人機數據大放異彩的領域。例如,我們可以以EuroTube的建設為例,這是歐洲超快速運輸系統,第一個的測試軌道。該團隊使用無人機對現場進行了調查。


總而言之,從數據收集到點雲生成只需不到 24 小時,而不會影響調查本身的質量。

杰拉德·古爾 EuroTube 建設總監


24小時施工前無人機勘察

「無人機收集的數據集足夠精確,可以讓工程辦公室開始規劃建設。生成的點雲的垂直精度為 10 厘米(4 英寸),水平精度為 3 厘米(1.2 英寸),」EuroTube 的施工總監 Gerard Güell 說。


3. 執行

雖然它已經在規劃階段提供了多種優勢,但當項目進入建設階段時,無人機使用的最大價值可能會出現。


土木工程

從無人機圖像中,的可以生成由數千個點組成的點雲,每個點都包含地理空間(X、Y、Z)和顏色資訊。然後,使用攝影測量軟體,你可以獲得精確的體積測量值並運行挖/填分析。


從 3D 模型計算體積

從無人機圖像創建的 3D 模型使體積測量變得非常容易。

搬運土木的承包商根據他們搬運的數量獲得報酬。因此,在測量移動的泥土量時,必須具有良好的精度。高度準確的無人機數據,減少了這些計算和支付中的誤差幅度。


例如,挪威道路管理局僱用承包商來修建道路。「無人機幫助我們跟進修建道路的承包商。我們可以就估算、工作將如何進行以及要支付的金額達成一致,」Kjellsmoen 說。「我們詳細了解了他們所做的一切,包括已移動的碎片數量。」


竣工與設計

精確現場可視化的最顯著優勢之一,是能夠在正射影像上疊加 CAD。這使你可以將實際建構的內容與計劃進行比較,並確保它們適合在一起。然後,場景經理可以辨識計劃進度,和即時進度之間的差異,並相應地引導項目。


道路施工正射鑲嵌

具有重疊計劃的道路施工現場

使用疊加藍圖的在建建築

在建建築物的無人機圖像與重疊的計劃。信用:Pix4D

道路施工正射鑲嵌

具有重疊計劃的道路施工現場

使用疊加藍圖的在建建築

在建建築物的無人機圖像與重疊的計劃。信用:Pix4D


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場景進度監控

在施工階段,現場管理人員必須控制和驗證已完成的工作,以允許繼續工作。檢查和驗證任務的速度越快,就可以越快地轉移到下一個任務,從而節省整個建構過程的時間。


鑑於使用無人機在建築工地收集視覺數據的成本相對較低,因此可以定期進行調查並建立進度記錄。


此資訊時間表可用於更快地控制和驗證任務,從而節省時間並確保滿足最後期限。


道路建設進度監測挪威道路建設的進展。


以前的和下一個

通訊工具

在建設項目中,通常有幾個利益相關者在多個地點,他們都渴望了解事情的進展情況。


為了使這成為可能,利益相關者應該訪問現場,或租用昂貴的直升機來收集航拍照片。即使他們這樣做了,收集的圖片可能會在下一個工作日過時。


來自定期無人機調查的視覺數據有助於按需(可能是每天、每週)營運計劃。此外,它還有助於解釋應如何立即執行工作,並有助於辨識安全或危險區域。


可視化報告也可以發送給客戶,幫助他們隨時了解事情在時間和預算方面的進展情況。


盡量減少返工和訴訟文件

當您的項目向前推進並達到里程碑時,你希望確保一切都達到最高質量標準。進一步的建構是基於那個里程碑,所以如果做錯了什麼,你最終會卡住,你可能不得不拆除以前做過的事情。擁有最新的視覺數據,可以幫助你在錯誤形成之前發現錯誤,並避免拆除以及與之相關的時間和材料的浪費。


如果發生了錯誤,並且它被重新建構,你可以定期記錄該過程,你可以更準確地查看錯誤發生的位置,無需冗長的討論,甚至無需法庭訴訟即可解決糾紛。


交出

詳細的文檔對承包商和現場所有者都有好處,他們將在項目完成後接管項目。具體來說,業主可以在同意移交之前仔細查看文件,承包商可以證明工作是按照要求進行的,包括誰做了什麼的詳細信息。


4. 維護和資產檢查

維護通常不是優先事項,因為它會花費時間和金錢,並且不會為營運帶來太多價值……至少在它們照常運行時不會。但是一旦你因為缺乏維護而面臨嚴重問題,你可能會被追究責任並損失很多錢。


也就是說,以合理的成本確保資產的品質,維護並不總是那麼容易。透過在空中發送無人機,公司可以更快速、更經濟高效地目視檢查大型資產,或位於難以到達區域的資產。


來自無人機的 3D 圖像的道路安全

這張瑞士阿爾卑斯山山路,及其上方斜坡的 3D 模型,允許工程師檢查可能威脅道路安全的岩石。如果任何岩石看起來不穩定,他們將在現場進行檢查。透過比較每年的調查,工程師將能夠辨識和研究任何可能表明岩石墜落的變化,並採取行動防止它發生。

使用航拍圖像檢查大壩

像西班牙巴倫西亞這樣的大壩是大型結構,需要耗時的檢查和專門的安全設備,和實體訪問協議。可以使用來自空中無人機調查的圖像,而不是人力來進行這些通常很危險的檢查或檢測難以接近的特徵。

來自無人機的 3D 圖像的道路安全

這張瑞士阿爾卑斯山山路及其上方斜坡的 3D 模型,允許工程師檢查可能威脅道路安全的岩石。如果任何岩石看起來不穩定,他們將在現場進行檢查。通過比較每年的調查,工程師將能夠辨識別和研究任何可能表明岩石墜落的變化,並採取行動防止它發生。


第3章

無人機圖像輸出

1. 正射影像和正射馬賽克

大壩正射鑲嵌

無人機圖像經過圖像失真校正,並在後期處理過程中拼接在一起,以創建高度準確的正射鑲嵌圖。每個像素都包含二維地理資訊(X、Y),可以直接獲得準確的測量值,例如水平距離和表面。它們可以疊加在計劃設計和藍圖上以追踪場景進度,用作視覺通信工具和站點文檔。


2. 點雲

壩點雲

可以從無人機圖像生成密集的點雲。每個點都包含地理空間(X、Y、Z)和顏色資訊。它為距離(傾斜和水平)、面積和體積測量提供了非常準確的模型。


3. 數位表面模型(DSM)和數位地形模型(DTM)

大壩 DSM 數位表面模型

在 DSM 和 DTM 模型中,每個像素都包含 2D 資訊(X、Y)和該位置最高點的高度(Z 值)。例如,這些模型可用於確定如果積水,或你是否需要聘請承包商來平整土地,場地的哪一部分可能會被淹沒。


4. 3D 模型

大壩紋理貼圖 3D

3D 紋理網格是無人機拍攝區域的邊緣、面、頂點和紋理的再現。該模型對於目視檢查或當外部利益相關者輸入,或公眾參與對項目非常重要時最有用。


5. 原始圖像

大壩原始圖像

由於未經處理,原始圖像提供了更高級別的細節,對於資產檢查和分析非常有用。 


第四章

投資回報:無人機如何創造價值

除了對設備的初始投資外,在已建立的組織中引入新工具和工作流程,確實會花費時間和金錢。那麼,建築專業人士如何在投資無人機技術時抵消初始投資,甚至更好地獲得可觀的回報?


削減調查成本

過去,繪製建築工地地圖的過程既漫長又昂貴。承擔大型項目的建築公司不得不花費數天,甚至數週的時間,使用地面儀器或租用直升機,飛越他們的工地拍攝必要的照片。


今天,無人機可以在幾分鐘內,以非常低的成本調查一個區域。挪威公共道路管理局開始使用 Wingtra One 無人機,對道路建設進行定期調查時,顯著減少了項目的時間和費用:


單次 5 公里(3 英里)道路建設調查的成本

直升機

直升機插圖

外包

>11,000美元

雷射掃描儀

地面雷射掃描儀插圖

6天

5,200美元

多旋翼無人機

多旋翼圖

9小時

970美元

翼特拉一號

翼特拉一號圖

2.5小時

270美元

根據每次調查的每小時工資約 1000 挪威克朗(108 美元)和直升機固定費率,保守估計的美元數字。兩個估計都引用自行政部門。由於更多的飛行,多旋翼的設置時間將顯著增加。保守地說,多旋翼設置時間估計為大約 2 小時,而 Wingtra One 大約為 1 小時。未包括所有方法的後處理,但由於簡化的後處理工作流程,Wingtra One 的後處理較少。 


支付承包商

由於承包商必鬚根據他們搬遷的土地獲得報酬,因此準確測量證據以協調承包商的估算,可能意味著節省數千美元。因為有了無人機數據,你不再依賴分包商的測量和商譽,而是依靠公正的數據來協調估算和付款。


承包商也可能會錯誤地計算該項目需要多長時間,因為你必須移動比計劃更多的泥土。因此,擁有高度準確的估算,還可以避免項目延誤和罰款。


更快的決策

在建設項目中,時間始終是關鍵。因為落後是有成本的。因此,你獲取數據和做出業務決策所需的資訊的速度越快越好。特別是如果有工作人員「值班」等待你做出決定。


透過駕駛無人機並處理圖像,你可以在幾小時內,而不是幾天或幾週內獲得數據。你可以節省員工和分包商的成本,並更快地執行下一項任務。


防止成本高昂的錯位施工

施工前

在規劃的初始階段使用無人機數據,可以節省大量資金。借助 3D 高程模型,你可以在施工前確定挑戰並在錯誤發生之前發現它們,從長遠來看可以節省時間和金錢。 ,


舉個例子,讓我們看看這家能源公司的案例,該公司使用無人機數據,來調查伊利諾伊州的一個預計太陽能發電場。在調查開始之前,客戶已經有了關於在施工期間和施工後,將所有面板和設備放置在哪裡的想法。但是從無人機圖像生成的數位地形模型中,他們意識到太陽能發電場會部分淹沒。 


「他們看到了視覺表現,並意識到'那是海拔下降的地方,我們將無法在那裡放下任何東西。」全方位服務工程公司 Bacon Farmer Workman 的 Jacob Cash 說。無人機調查。


彩色編碼高程模型

建築區域的正射鑲嵌、3D 和彩色編碼高程模型,有助於確定土地的哪些部分將被淹沒,從而有助於防止代價高昂的破壞。

3D 模型

建築區域的正射鑲嵌、3D 和彩色編碼高程模型,有助於確定土地的哪些部分將被淹沒,從而有助於防止代價高昂的破壞。

彩色編碼高程模型

建築區域的正射鑲嵌、3D 和彩色編碼高程模型有助於確定土地的哪些部分將被淹沒,從而有助於防止代價高昂的破壞。

由於無人機數據,客戶圍繞全年保持乾燥的區域,重新安排了他們的施工計劃,避免了損壞和重大經濟損失。


執行

在施工過程中,如果結構的任何部分偏離計劃僅幾厘米(一英寸的幾分之一),這可能會隨著施工的進行而導致問題。由於需要回溯以及可能的演示和重建,該項目將損失時間和金錢。


資產維護不善的成本

雖然適當維護的價值在日常運營中並不明顯,但如果發生重大問題並且事故與維護不善有關,它可能會成為貴公司的巨大財務問題。對於支持人類居住或交通的大型基礎設施,或者可能嚴重破壞周圍環境的大型基礎設施,例如水壩、發電廠、輸電線或含有有毒廢物的蓄水池,情況尤其如此。


使用無人機捕獲的高分辨率圖像,維護團隊可以快速檢查資產、目標磨損或損壞,並確定任何所需操作的優先級。通過更快、更高效地完成工作,維護人員可以更好地減少可能導致災難性環境和財務後果的故障。


項目後文檔

大多數建築公司不做項目後分析。他們只知道花費了多少以及花費了多長時間。但是透過這種方法,他們無法針對未來的工作進行優化。


有了無人機數據和記錄的變化,可以很容易地檢查在特定階段做了什麼。這樣,你可以在對類似項目進行投標時做出更好的估算,這可能會導致投標獲勝或失敗之間的差異。


第五章

需要解決的障礙

雖然無人機製造商提高了他們的可靠性和感測器範圍,軟件公司正在使從無人機圖像中,提取數據更加無縫,但在實施無人機計劃之前仍有一些障礙需要考慮。


易於操作和維護

投資無人機的首要問題之一是培訓員工來操作、管理和維護它們。一些無人機需要駕駛技能和/或其他無人機需要地理空間專家來處理數據,以便從圖像中獲取準確資訊。



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