多種光達資料之分析

(a) (b)

圖 5-8 CHM 差異之比較圖：(a) CHM 差值圖；(b) CHM 差值統計直方圖

5.2.2 多種光達資料之分析

對以三種光達系統之多回波及全波形資料，A 及 B 實驗區皆可獲得六種點雲資 料，每種點雲資料所產製的 DEM、DSM 及 CHM 成果逐項列於本文附錄。六種點雲 資料所產製的 CHM 有些許之差異，CHM 網格點的平均值及標準偏差的分佈如圖 5-9，標準偏差之直方圖如圖 5-10。從圖 5-9 我們可以明顯的看出，在森林區的邊緣、

植生厚度差異較大的地方，標準偏差容易會有較大值產生。顯示出與製作 DSM 有類 似的差異現象。

(a) A 區 (b) B 區

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(c) (d)

圖 5-9 CHM 網格點的平均值(a)(b)及標準偏差(c)(d)的分佈圖(單位:公尺)

A 區 B 區

圖 5-10 六種點雲資料產製之 CHM 標準偏差統計直方圖

CHM 的資訊除了可以用來推估森林中林木之樹高(圖 5-11)，也可以用來計算森 林的樹體積。Lefsky(1999)提出樹體積的定義為包含樹本身的體積以及樹冠底下的空 間，相對於樹冠高度模型來說，樹體積可利用樹冠表面到地表的距離累積量來得到。

應用本研究中所製作之 CHM 來推估兩個實驗區整體範圍的樹林體積如表 5-4，整體 的標準偏差占整體體積的 2%~3%。顯示了用不同光達點雲製作出的 CHM，在森林樹 體積得推算上沒有太大的差異。

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A 區 B 區

圖 5-11 CHM 高度統計直方圖

(橫軸為高度(m)；縱軸為累計量)

表 5-4 CHM 用於樹體積之推估

A 區(306m*246m) 樹體積(m³)

B 區(256m*269m)

樹體積(m³)

Leica 多重回波 370961 630319

Leica 全波形 366338 676975

Reigl 多重回波 381245 677702

Reigl 全波形 379134 674281

Optech 多重回波 391125 685498

Optech 全波形 373516 665603

平均樹體積 34788 19895

標準偏差(std) 8767.653 19722.94

std 占總體積的比例 2.3% 3.0%

平均植生厚度(m) 4.928 9.1531

整體而言，利用六種點雲資料的成果計算得到的平均差值及標準偏差，來評估使 用不同光達系統在製作數值模型的精度。平均差值是先計算各模型網格點的平均高

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度，再將各模型與平均值之差值做平均得到；標準偏差則是指各模型與平均值改正數 的標準偏差。由這兩個指標來看兩個不同森林區內所製作出成果如表 5-5、表 5-6 可 以發現 DEM 標準偏差都在 50 公分內，代表利用光達點雲系統在森林地區也能得到 良好的 DEM 成果。其中，由於使用的 Optech 點雲資料較少，導致製作成果的精度都 較差，顯示了點雲的密度對於製作數值模型的精度有明顯的影響。而在 DSM 的部分，

由於三種光達獲取資料的時間相差一到三個月不等，在這段期間森林中林木的樣貌、

環境都可能有各種的變化。且在樹高較高的 B 區中，樹底和冠層頂部的高差較大，雷 射光是否直接打到地面就會產生較大的差異，造成在製作 DSM 的標準偏差較大，進 而影響樹冠高度模型的成果。

表 5-5 A 樣本區的數值模型成果統計表(單位:m)

A 區數值模型

DEM DSM CHM

平均差值 標準偏差 平均差值 標準偏差 平均差值 標準偏差 Leica 多重回波 0.2528 0.2835 0.4873 0.7494 0.4950 0.786

Leica 全波形 0.2177 0.2432 0.4633 0.7491 0.5007 0.7709

Riegl 多重回波 0.2205 0.2078 0.5424 0.735 0.482 0.7595

Riegl 全波形 0.2248 0.2236 0.5401 0.758 0.4861 0.7869

Optech 多重回波 0.3764 0.3194 0.6716 0.9911 0.6342 0.994

Optech 全波形 0.4759 0.3866 0.8804 1.1184 0.7325 1.1264

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表 5-6 B 樣本區的數值模型成果統計表(單位:m)

B 區數值模型

DEM DSM CHM

平均差值 標準偏差 平均差值 標準偏差 平均差值 標準偏差 Leica 多重回波 0.2884 0.3545 0.7159 1.1255 0.7673 1.1659

Leica 全波形 0.2320 0.3567 0.7018 1.1268 0.7554 1.1545 Riegl 多重回波 0.2573 0.3089 0.7367 1.0604 0.7297 1.0975

Riegl 全波形 0.2399 0.2999 0.7657 1.1604 0.7682 1.1897

Optech 多重回波 0.4505 0.4446 0.8970 1.3622 0.9293 1.4028

Optech 全波形 0.3341 0.4072 1.0692 1.5159 1.0691 1.5376