光達點雲資料處理

如本章節一開始所言，光達點雲的形成是透過系統接收物體反射之雷射光的時間 差所推得，但在現實中我們無法得知光束接觸地物之位置，尤其是在森林區包含多重 回波資訊的區域。因此為了確認這些點雲位置的正確性，並踢除可能是因為雜訊而產 生的錯誤點，一般都是透過高密度、高重疊的飛航掃描方式來提高量測的精度。藉由 這些高密度的點雲，可以利用其中幾何分布上的關係分辨出地面點、非地面點，以及 可能是錯誤的點雲(圖 3-7)。

本研究使用 MicroStation 軟體處理點雲，利用 terra scan 的內建功能先剔除在幾 何分佈上過低的錯誤點，再把點雲分成地面點和非地面點，最後用人工編輯的方式，

增加分類上的正確性。當把點雲分類成地面點和非地面點後，就可以所需的點雲進行 內插計算製作成數值地形模型，或是透過點雲間三維的分佈關係計算穿透率指標。

(a) 一般光達點雲 一般光達點雲的地面點 一般光達點雲的非地面點

(b) 一般光達點雲+全波形光達點雲 全波形光達點雲的地面點 全波形光達點雲的非地面點 圖 3-6 全波形和傳統光達點雲示意圖

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圖 3-7 光達點雲分類示意圖

(白色點為非地面_樹木或建物等；橘色點為地面；桃色點為錯誤點)

3.4.1 數值高程模型(DEM)

數值高程模型(Digital Elevation Model, DEM)是描述不含植被及人工構造物之地 表，為地球自然表面高程起伏的數值模型。一般來說 DEM 是指自然的地表，但由於 人為的開發的關係，像是人造馬路或人行道等人造之地表面也包含在 DEM 中。而構 成 DEM 的形式有兩種，一種由離散的網格點組成，另一種則是以不規則的三角網組 合而成。由於離散規則網格點便於應用及數據管理之特性，目前多採用該方式來建立 模型。但規則網格的紀錄方式，對地表的解析能力受限其網格大小，若需要得到較高 的解析力就必須增加網格的密度。而若要表示地形特徵處如山脊線、山谷線或斷崖的 地方，就必須增加特徵點的量測。DEM 的用途廣泛，像是可以用在水管管線、建設 工程的規劃、等高線地形圖的繪製，或是正射影像的製作等。在各種領域都有其不同 的用途，可說是地理資訊中相當重要的資訊。

目前 DEM 主要的生產方式是透過遙測影像進行立體製圖或光達點雲獲取地面高 程，再進行內插來得到地面模型。在森林區中，因為有樹冠的遮蔽，無法透過遙測影 像來取得樹冠下的地表。而光達系統具有部分穿透的特性，除了樹冠表層的資訊外，

也能夠獲得樹冠下地表的點雲。一般而言，雷射光最後接觸到的地物即是地面的位置，

但在現實中有許多雷射光無法穿透的地物，而無法得到地表面的資訊。因此在自動分 類上是透過這些離散點雲在空間中的分佈，根據地形的起伏狀態設定角度等參數來進 行。為了確保在分類上的準確度，尤其是針對地形起伏較大或地面點較少的區域，一 般都必須使用人工編修的方式做進一步的分類處理。接著在將分類後的離散地面點進

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3.4.3 點雲穿透率

如 3.1 節所敘述，雷射光具有部分穿透能力的特性，偵測其回波訊號能夠獲得多 重回波資料，若應用於森林監測可以獲取樹冠底下之點雲。因此我們可以應用空載光 達技術觀測森林三維空間中林木分布的情形，並利用分類過後的點雲計算森林中樹冠 點雲和地表點雲的比例，藉以表示樹葉的茂密程度。

應用不同廠牌的光達系統，或是使用不同飛航掃描方式，都會造成光達點雲分佈 上的差異。黃清美(2007)中提到當雷射光的入射角不一樣時，對穿透率會有影響，當 雷射角度較大時，比較容易受到樹幹等地物影響，降低穿透樹冠打到地面的比例。

Morsdorf (2008)發現除了雷射角之外，掃描時的航高對計算穿透率指標來推估葉面積 指數也有影響。因此在使用光達推估葉面積指數時，計算穿透率指標的穩定性是必須 考慮的問題。本研究針對不同光達系統的點雲資料計算穿透率指標，比較各種不同的 資料及計算方法的組合在推估葉面積指數上之差異，實驗上共使用了五種穿透率指 標，詳細的計算方式將在下一章說明。

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