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空載光達應用於亞熱帶森林之數值高程模型與立木密度資料之產製

為了解決paramount stock clas的問題，作者李崇誠 這樣論述：

在亞熱帶森林中空載雷射掃瞄儀(airborne laser scanning, ALS)受限於高密度植生造成雷射脈衝不易穿透樹冠層到達地表，然而空載雷射掃瞄儀在飛航掃瞄規劃時，通常僅設定硬體的各項掃瞄參數以達成規劃之雷射掃瞄密度(pulse density)，並無考量雷射脈衝穿透森林的能力。因此，本研究以台灣南部之曾文水庫為測試樣區，並設計九條往返重疊飛行之航線，分別航高為1525、1830、2135、2440與2745 m；脈衝重複頻率100、150、200與250 kHz，以雷射穿透率指標(laser penetration index, LPI)探討航高和脈衝重複頻率(pulse re

petition frequency, PRF)二者影響雷射穿透率指標程度。雷射穿透率指標的計算方式為雷射脈衝接觸森林地表之數量除以雷射脈衝發射之數量。結果顯示航高每減少1000 m，平均雷射穿透率指標會增加10 %；PRF每減少50 kHz，平均雷射穿透率指標會增加2%。另外，在各航高產製之數值高程模型(digital elevation model, DEM)其視覺上的比較，當航高1525 m時紋理較為細緻，而航高2745 m時為粗糙的表面。用現地調查資料與空載雷射掃瞄儀產製的數值高程模型進行比較，結果顯示當雷射穿透率指標大於0.6時，二者無高程差異，但當雷射穿透率指標小於0.6時，空載雷

射掃瞄儀產製之數值地形模型會高於或低於現地調查資料，二者之高程差異最大可達1.7 m。因此，在大面積掃瞄雷射掃瞄儀資料時必須考慮雷射穿透率指標之大小才能獲得精確度一致之數值高程模型。 然而，植生的密度亦會影響到雷射穿透率指標程度之大小，並且雷射穿透率指標越高的區域所獲得的地面點相對增加，而在雷射穿透率指標越低的區域執行飛航任務時，可以增加入射森林之雷射光能量(如降低航高與減少脈衝重複頻率)的方式來提升雷射穿透率，有助於於數值高程模型產製的精度。另外，雷射穿透率指標屬於執行飛航任務事後獲得的資訊，因此，本研究探討衛星影像植生指標(vegetation index, VI)與雷射穿透率指標之

關係，主要目的為利用衛星影像尋找雷射穿透率指標較低的區域，提供飛航任務規劃在該區域增加入射森林之雷射光能量。總共測試台灣南部與北部兩個樣區，分別為南部曾文水庫樣區與北部金山的火山樣區，掃瞄面積分別為21 square-kilometer與36 square-kilometer，並取得Fomosat-2、SPOT-5、Worldview-2與GeoEye共四種七幅衛星影像，以ACTOR-3大氣糾正處理後分別計算四種植生指標(NDVI、RVI、PVI與SAVI)，衛星影像拍攝時間與空載光雷射掃瞄儀執行任務時間相近。結果顯示衛星影像需經過ACTOR-3大氣糾正處理去消除水氣和地形陰影之影響，並以Pe

arson相關性檢定其植生指標與雷射穿透率指標之相關，結果為兩指數有顯著負相關性，表示當雷射穿透率指標越高時其植生指標相對減少，並以線性回歸探討兩者之關係，其R-square值均高於0.8以上，代表衛星影像植生指標與雷射穿透率指標有高度之相關。 亞熱帶區域其森林多數為闊葉林，並且森林生物量、碳匯計算與災害風倒木數量等森林相關之統計量，可藉由計算立木密度獲得。另一方面，利用空載雷射掃瞄儀之資料推估立木密度時，數值地形模型(digital terrain model, DTM)的產製方式與飛航規劃時點雲資料之密度應該被考慮。研究樣區位於台灣北部新店山區之亞熱帶闊葉林，利用空載雷射掃瞄儀獲得雷

射脈衝密度為225.5 pulses/square-meter的資料，用其第一回波、最後回波與最高第一回波資料產製三種數值地表模型(digital surface model, DSM)；另用其地面點產製數值高程模型，三種數值地表模型各減去數值高程模型獲得三種樹冠高度模型(canopy height model, CHM)，三種樹冠高度模型各有1 m、0.5 m與0.2 m的網格大小，並使用樹冠高度模型資料以局部最大值法計算立木密度。現地共調查35個樣區(10 × 10 m)的立木密度，並評估空載雷射掃瞄儀計算的立木密度與現地調查的立木密度其均方根誤差(root-mean-square err

or, RMSE)。結果顯示，三種樹冠高度模型與三種網格大小在推估立木密度時其RMSE介於1.68至2.43 (trees/100 square-meter)，RMSE只差距0.78 (trees/100 square-meter)，表示三種樹冠高度模型與三種網格大小均可有效推估立木密度。另外，利用回歸模型糾正立木密度推估之誤差，糾正後的RMSE稱為RMSE'，RMSE與RMSE'相比，其平均值由12.35 (trees/100 square-meter)降低為2.66 (trees/100 square-meter)，表示回歸模型有效降低誤差值。最後，比較各種雷射脈衝密度對於RMSE值的影響

，在1 m、0.5 m與0.2 m網格大小時，雷射脈衝密度分別須10、30與125 pulses/square-meter以上，其計算之立木密度才為最小的RMSE值(誤差最低)。