Competition I ance Indepen ependent)競爭
，將林木視為 Hegyi, 1974) 競爭情形，並透
魏浚紘、陳朝圳、彭炳勳、李崇誠、陳建璋：地面光達應用於林木競爭之研究 283 根據現場林木生長情形與實際掃瞄點雲分布
狀況探討誤差較大之立木分布位置，共有5 株立木 其水平及垂直座標誤差大於1 m，41 株小於 1 m。
Al-kheder et al. (2009)在掃瞄約旦古蹟時，透 過多角度觀測可減少地面光達在獲取資料時，因遵 守光直線前進原理所造成之遮蔽。Strahler et al.
(2008) 比較地面光達與傳統林分面積調查儀之結 果，發現由光達單一視角所掃瞄之斷面積與樹幹密 度因受到遮蔽與實際相較大約減少10%。Lovell et al. (2011)指出可利用地面光達之回波強度頻度圖 藉由一個簡單的閥值來自動化偵測位置和樹幹直 徑，且成功識別大部分的樹，包括一些部分遮蔽的 位置。
透過完整高密度的點雲資料可直接以點雲測 量樹幹直徑(Bucksch et al., 2009; Rahman et al., 2009)，但實際上，必須注意點雲資料的完整性以 及所受到遮蔽的問題。本研究5 株立木誤差較大之 原因，根據現場實際勘查為樣區內雜草雜木阻擋與 林木互相遮蔽情形，故誤差較大之立木，點雲數量 均較為稀少導致誤差形成。若區域內有完善撫育使 地被不至於過度雜亂產生遮蔽，在立木位置測量準 確性評估方面，透過地面光達確實可正確獲得立木 資訊。但由於掃瞄點位會受到林木遮蔽所影響造成 誤差，且樣區面積若過大則需要新增多處掃瞄點位，
透過多次取樣才能得到良好點雲。對於本研究兩個 20 m x 30 m 樣區而言，利用 7 個不同掃瞄點位，
即可控制1 m 以上誤差低於 11%。
3.2 應用地面光達推估立木胸徑
本研究透過改良型 Hegyi 指數作為林木競爭 之標準，其中改良型Hegyi 指數需透過競爭木與本 體木之間之距離與兩者胸徑大小作為計算基礎，故 計算林木競爭指數前，需探討地面光達萃取立木胸 徑之準確度。
依照 2 個樣區所調查資料選取誤差較小之樣 區(A 樣區)共 24 株紅檜立木並萃取胸徑資料，將 地面光達獲取之胸徑與實地調查資料進行比對，結 果顯示，兩者相關性達到 0.9841 有顯著相關，R2 為0.9685(圖 5)，胸徑誤差值介於 0–6.7 cm 間，平
均誤差2.13 cm，表示可透過地面光達來獲取立木 胸徑，並進行改良型Hegyi 指數計算。
圖5 光達胸徑與實測胸徑迴歸分析
3.3 應用地面光達推估林木競 爭指數
根據上述研究得知，可透過地面光達獲取林木 胸徑與立木位置圖，本研究以上述24 株立木為樣 本，將地面光達所計算之林木競爭指數與實測值所 計算之林木競爭指數相比對(表 2)，結果顯示，兩 者誤差值最小為 0，最大為 0.2013，平均誤差為 0.0454，根據圖 6 可知，透過相關分析與迴歸分析 得知，相關係數為0.9952，R2為0.9905 表示光達 競爭指數與實測競爭指數兩者間具有高度相關性，
且呈現正相關，另以 T 檢定探討兩者間競爭指數 之差異性，由結果得知，P<0.05，故兩者無顯著差 異，亦可透過光達所獲得之競爭指數判斷林木受到 競爭所產生之壓力程度。
圖6 光達競爭指數與實測競爭指數迴歸分析
y = 0.984x - 1.4387 R2 = 0.9685
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0 20 40 60 80
實測胸徑(cm) 光
達 胸 徑 (cm)
1：1 線
y = 1.0074x - 0.0004 R2 = 0.9905
-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
實測競爭指數 光
達 競 爭 指 數
1：1 線
表2 光達競爭指數與實測競爭指數之誤差
編號 光達胸徑
(cm)
實測胸徑
(cm) 光達競爭指數 實測競爭指數
競爭指數誤差值 (取絕對值)
1 56.0 56.0 0.000 0.000 0.000
2 58.0 58.5 0.000 0.000 0.000
3 49.0 49.5 0.347 0.344 0.003
4 19.3 19.0 0.855 0.724 0.131
5 16.8 20.8 0.748 0.883 0.135
6 52.0 53.0 0.376 0.380 0.003
7 35.0 34.5 2.352 2.162 0.190
8 22.0 26.5 1.637 1.838 0.201
9 27.5 29.0 0.000 0.000 0.000
10 56.0 57.3 2.552 2.502 0.049
11 20.0 21.5 1.270 1.273 0.003
12 19.5 20.5 1.040 0.968 0.072
13 56.0 64.9 0.000 0.000 0.000
14 52.0 51.2 0.000 0.000 0.000
15 45.0 49.5 0.216 0.242 0.026
16 46.5 47.7 0.000 0.000 0.000
17 68.0 66.7 0.500 0.446 0.054
18 60.0 61.6 0.000 0.000 0.000
19 30.0 28.5 0.199 0.163 0.036
20 41.0 45.0 0.000 0.000 0.000
21 44.0 48.5 0.000 0.000 0.000
22 42.0 45.0 0.967 0.968 0.001
23 33.0 39.7 1.333 1.453 0.120
24 44.0 49.4 2.028 1.962 0.066
平均 41.36 43.49 0.680 0.684 0.045
許多研究(Omasa et al., 2002; Hosoi & Omasa, 2006; Côté et al., 2009; Keightley & Bawden, 2010;
Wei et al., 2011)指出透過地面光達所測得之林分 性態值(胸徑、樹高、林木模型、葉面積、植物體 積與生物量等)與實際資料比對，均具有高程度的 相關性，而本研究透過地面光達所計算之胸徑配合 立木位置與距離所計算之競爭指數與傳統測量所 計算之競爭指數有顯著相關，與前人研究相符合。
值得注意的是以飛行時間法來獲取點雲資訊 之地面光達在測量的原理均與雷射測距原理相同，
故遮蔽會造成很大的影響，透過多方位的觀測進行 重複掃瞄可避免遮蔽所造成的誤差，根據本研究結 果得知，透過足夠的地面光達掃瞄點位，可準確獲 得立木位置圖與胸徑資訊，藉由地面光達所建立之 立木位置圖與胸徑資訊，即可進行林木競爭指標計 算，並可用來探討林木間相互競爭之關係。
魏浚紘、陳朝圳、彭炳勳、李崇誠、陳建璋：地面光達應用於林木競爭之研究 285
4. 結論與討論
傳統立木位置的繪製均為調查人員現場繪製，
藉由測繩的方式來測量距離，不僅需要大量人力與 物力，更花費許多時間，而近年透過全站儀進行調 查，雖可減少調查時間，但後續無法針對前次調查 進行檢核，故不論任何方法在立木繪製上最重要的 是無法保存當時現場狀況，又林業研究常為長時間 研究，前後期調查往往差異5 至 10 年甚至更久，
故資料的保留實為重要，除了後面研究者可進行比 對外，亦可檢核過去資料作為一個具有高價值的參 考。本研究透過地面光達點雲，以電腦處理方式即 可獲得準確度高之立木位置圖，以及可保存當時現 場狀況之三維點雲，但於掃瞄時，必須注意光達點 雲的完整性，方可使後續處理事半功倍。透過地面 光達點雲亦可得到準確度高之每木胸徑，其 R2為 0.9685，但掃瞄時必須注意掃瞄點位置與數量，方 能得到點雲資訊較為足夠之光達點雲。藉由地面光 達資訊之立木距離與胸徑資訊即可計算林木競爭 指數，其 R2為0.9905，透過地面光達技術與地理 資訊系統技術，即可將現地資料空間化與量化，亦 可進行相關模擬，使決策者更容易掌握現況。除可 提供作為未來地面光達於森林資源調查之方法論 外，尚有提高森林資源調查效率、擴充森林資源調 查層面與促進森林資源調查技術等實質效用。
謝誌
本研究感謝屏東林區管理處與六龜工作站所 提供之資料、屏東科技大學地理資訊系統與遙感探 測研究室成員協助，以及力弘科技股份有限公司技 術支援，得以順利完成，特此誌謝。
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Journal of Photogrammetry and Remote Sensing Volume 16, No.4, January 2013 287
1 Graduate Students of Ph. D, Graduate Institute of Bioresources, National Pingtung Received Date: Apr. 11, 2012 2 University of Science and Technology Revised Date: Aug. 15, 2012 2 Professor, Department of Forestry, National Pingtung University of Science and Technology Accepted Date: Nov. 18, 2012 3 Assistant, Asian Pacific Research Center for Tropical Agriculture, National Pingtung University of Science and Technology
4 Assistant Professor, Department of Forestry, National Pingtung University of Science and Technology
*.Corresponding Author, Phone: 886-8- 770-3202 ext.7532, E-mail: [email protected]