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研究生:張育昇
研究生(外文):CHANG,YU-SHENG
論文名稱:應用光達資料於單木樹冠描繪演算法之 比較研究
論文名稱(外文):Comparison of Stand-Level Delineation Algorithms Using Lidar Data
指導教授:張崑宗張崑宗引用關係
指導教授(外文):CHANG,KUAN-TSUNG
口試委員:張崑宗劉進金游豐吉
口試委員(外文):CHANG,KUAN-TSUNGLiu,Jin-KingYu,Feng-Chi
口試日期:2017-12-02
學位類別:碩士
校院名稱:明新科技大學
系所名稱:土木工程與環境資源管理系碩士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:47
中文關鍵詞:樹冠描繪光達空隙填補多層級型態學小波
外文關鍵詞:CanopyLiDARPit-FreeStand-LevelWavelet
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近年來,碳排放及土地利用所造成的變化是全球暖化的重要問題,在氣候變遷與溫室效應日趨嚴重下,聯合國於1997年通過的「京都議定書」中,將森林碳吸存的貢獻量化,以1990 年為基期年,其後進行之造林、再造林及森林採伐之二氧化碳吸收或排放之淨值,可併入排放減量值計算。且該議定書中規範碳排放權可交易,同時藉由造林的碳存量皆可列入本國的二氧化碳削減量。因此,如何減緩因地球暖化帶來之溫室效應之危害,乃是當務之急。研究顯示,利用遙測技術做森林調查已成為碳庫存量、碳吸存量評估之主要方法。
光達技術經常用於估計森林冠層覆蓋率,其中的冠層高度模型(CHM)能有效估計森林冠層密度。一種CHM算法為數字表面模型(DSM)減去數字高程模型(DEM),另一種CHM算法為透過空隙填補處理。在本研究中依據在立製環境中量測單木樹冠結構特徵(即樹高和冠幅大小),來評估兩種單木樹冠描繪演算法,即多層形態動態輪廓(MMAC)和空間小波分析法(SWA)之萃取效能。實驗結果表明,採用SWA方法提取正確率為89%。然而,MMAC方法具有顯著的改進,93%的正確率。此外,使用空隙填補CHM於兩種單木樹冠描繪演算法的成功率將比使用簡單減法CHM的成功率更佳。
In recent years, carbon emissions and land use change are important issues that reduce global warming. The LiDAR technique is quite often used to estimate forest canopy parameters based on the generated canopy height model (CHM), and it is also very useful for estimating forest canopy density. In this study, the digital elevation model (DEM) is subtracted from the traditional algorithm digital surface model (DSM) and other CHMs can be generated by a pit-free process. Then, two algorithms, a multi-layer morphological active contour (MMAC) and a spatial wavelet analysis (SWA) were implemented in this study for individual tree rendering. Finally, the experimental results of the two stand-level estimation methods can be evaluated with manually measured canopy parameters (ie. tree height and crown diameter). The experimental results show that the extraction correctness is 89% with the SWA method using scale1-10 m in 0.1 increments. However, the MMAC method has a significant improvement with a 93% correct rate. Moreover, the success rate for two stand-level delineation algorithms using a pit-free CHM will be better than ones using a simple subtraction CHM
摘要 i
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 論文章節架構 3
第二章 單木樹冠描繪方法之介紹 5
2.1 研究方法 5
2.2 文獻作法 6
2.2.1 局部最大偵測法 6
2.2.2 模板匹配法 7
2.2.3 尺度空間法 8
2.3 多層次型態學動態輪廓演算法 (MMAC) 8
2.3.1 由下而上侵蝕(Bottom-up erosion, BUE) 9
2.3.2 由上而下擴張 (Top-down dilation, TDD) 10
2.3.3 動態輪廓模型 (Active contour model, ACM) 10
2.4 空間小波函數分析法(SWA) 12
2.4.1 數位訊號分析 13
2.4.2 小波轉換 13
2.4.3 小波函數 14
第三章 實驗設計 16
3.1 實驗流程 16
3.2 實驗樣區介紹 17
3.3 測試光達點雲資料 18
3.4 光達與樹冠結構關係 20
3.5 冠層高度模型資料產製 (CHM) 22
3.6 多層次型態學動態輪廓法分析(MMAC) 24
3.7 小波函數分析(SWA) 25
第四章 研究成果與分析 26
4.1 樣區檢核點取樣 26
4.2 比較不同冠層高度模型資料(CHM) 27
4.3 方法參數調校 28
4.3.1. MMAC參數設定 29
4.3.2. SWA法參數設定 36
4.4 MMAC vs. SWA比較結果 42
第五章 結論與後續研究 43
5.1 結論 43
5.2 建議 44
參考文獻 45
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