導(dǎo)語：林業(yè)ArcGIS9.3.1中Lidar分析運(yùn)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1背景介紹

lidar即激光雷達(dá)，是LightDetectionandRan-ging的縮寫。通常是利用機(jī)載的光學(xué)遙感系統(tǒng)對目標(biāo)進(jìn)行測距。與雷達(dá)類似，一個物體的距離是通過測量一個脈沖信號與檢測到回波信號之間的延遲來確定的，但不同于雷達(dá)的是，Lidar使用的不是無線電波，而是波長更短的電磁波，如紫外線、可見光、紅外線等。在林業(yè)應(yīng)用中，Lidar可以用來測量林段的三維結(jié)構(gòu)并且產(chǎn)生一個下面地形的模型。森林的結(jié)構(gòu)由林冠的最上部產(chǎn)生第一個回波，然后穿過林冠，到達(dá)地面，產(chǎn)生其余的回波。地面回波可以生成一個詳細(xì)的地形，而林冠回波可以通過篩選來提供林冠處的結(jié)構(gòu)和中間部分的結(jié)構(gòu)。Lidar擁有同時對地面和林冠結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模的能力，這為Lidar在林業(yè)中的應(yīng)用提供了極大的優(yōu)勢。如今，越來越多的森林和土地經(jīng)營管理機(jī)構(gòu)開始使用Lidar來對森林進(jìn)行測量。林業(yè)人員使用Lidar數(shù)據(jù)分析林冠覆蓋和林地，來協(xié)助森林管理和經(jīng)營活動。分析人員把Li-dar數(shù)據(jù)和EsriArcGIS結(jié)合起來，幫助評估森林健康、計算森林生物量、地形分類、區(qū)分水系形式以及規(guī)劃森林經(jīng)營管理活動，如施肥，采收，開發(fā)等。

2在ArcGIS中使用Lidar數(shù)據(jù)

ArcGIS可以用于分析處理Lidar數(shù)據(jù)，為終端用戶提供有用的結(jié)果。首先檢查支持的數(shù)據(jù)，之后把地形數(shù)據(jù)傳給ArcGIS服務(wù)器影像擴(kuò)展，就可以把數(shù)據(jù)以無縫可視曲面的形式傳播給那些可以通過GIS技術(shù)接入的聽眾。在用Lidar數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之前，必須檢查接收到的數(shù)據(jù)是否一致。Lidar數(shù)據(jù)可以以二進(jìn)制的.las格式或ASCII的.xyz格式傳送。我們使用Es-ri’sArcGISDesktop3D中的PointFileInformation工具來進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查，以確保使用正確的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。該工具的位置在:ArcToolbox\3DAnalystTools\Conversion\FromFile\PointFileInforma-tion，如圖1所示:LAS文件包含區(qū)別回波類型的分類，可以區(qū)別地面回波，林冠回波，建筑回波或者未分類等。ArcGIS讀入這些分類，把它用一個BLOB(binarylargeobject)存儲在地理信息數(shù)據(jù)庫中。這里使用LAStoMultipoint工具。該工具位于:ArcToolbox\3DAnalystTools\Conversion\FromFile\LAStoMultipoint。在LAS1.2規(guī)范中，列出了LAS文件包含的回波類別。如表1所示。

3使用Lidar數(shù)據(jù)計算植物特征

樹高估計和生物量密度估計對森林經(jīng)營管理中的生長分析、施肥機(jī)制和砍伐行為等有著指導(dǎo)作用。以此二者為例，介紹如何在ArcGIS中使用Li-dar數(shù)據(jù)進(jìn)行分析植物特征。

3.1樹高估計

樹高估計用于生長分析和近似估計材積。利用樹高估計，快速生長區(qū)和慢速生長區(qū)可以迅速地被區(qū)分出來，林業(yè)人員就可以根據(jù)這些生長情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)制定開發(fā)施肥機(jī)制。通過從Lidar數(shù)據(jù)生成的DEM和DSM，可以估計地面以上的林冠高度。要計算林冠高度，只需要使用ArcGIS空間分析工具箱(ArcGISSpatialAnalyst)中的相減工具(Minus)，將一個曲面從另一個曲面中減去。該工具的位置是ArcToolbox\SpatialAnalystTools\Math\Minus。該工具的輸入分別是:林冠曲面(value1)，地面曲面(value2)，輸出高度柵格圖。如圖2所示。結(jié)果中，用藍(lán)色表示較低植物，紅色表示較高植物，我們可以清楚地看到高低植物被區(qū)分開來，如圖3所示。

3.2生物量密度計算

生物量密度可以給出樹木的活力與生長狀況的表征。當(dāng)一片森林中為同一樹種時，缺乏養(yǎng)分的貧瘠土地很容易通過生物量比例確定出來。較低生物量表示較差的土地條件，較高的生物量表示樹木生長的理想土地條件。要計算生物量密度，需要把裸地的數(shù)據(jù)點(diǎn)放入一個特征類，所有地面以上的數(shù)據(jù)點(diǎn)放入另一個特征類。當(dāng)從原始Lidar數(shù)據(jù)創(chuàng)建地面以上特征類時，有必要把所有的植物包含進(jìn)去。盡管有些數(shù)據(jù)提供者會把植物放在第1類中，但是根據(jù)LAS1.2規(guī)范，植物類別為3、4、5。確定生物量密度的關(guān)鍵是用正確的單元格大小來計算使用的柵格文件。單元格大小應(yīng)四倍于點(diǎn)之間的平均空間大小。如果使用更小的像素尺寸，空單元格的出現(xiàn)頻率會增加，使結(jié)果產(chǎn)生混迭。例如，如果點(diǎn)之間的平均空間為0.6，四倍即是2.4，那么我們選擇3m(2.4向上取整)來做為單元格的大小。

3.3計算生物量密度的步驟

3.3.1將多點(diǎn)特征類轉(zhuǎn)化為柵格文件。當(dāng)計算DEM和DSM時，我們感興趣的是曲面的高度。但在這個過程中，我們關(guān)注的是密度，高度是不合適的。此時，我們使用單元格任務(wù)中的COUNT，來給出一個近似的密度。

3.3.2把所有含有NULL和NoDATA值的單元格取出，把它們賦0值。來表示植物密度為0，以便進(jìn)行接下來的操作。首先使用IsNULL工具，位置ArcToolbox\SpatialAnalystTools\Math\Logical\IsNULL，該工具把所有柵格文件中的NULL值標(biāo)記為0。事實(shí)上，該工具讀入原始的網(wǎng)格文件，創(chuàng)建一個包含0和1的二進(jìn)制文件，1被賦給那些不是NULL的值。如圖4所示。

3.3.3把原始的柵格文件和上面生成的二進(jìn)制文件進(jìn)行混合，以獲得有效的柵格文件。這樣，經(jīng)過前三步之后，轉(zhuǎn)化成的柵格文件中的無效數(shù)據(jù)點(diǎn)都被賦為0值了。這里使用Con工具:ArcToolbox\SpatialAnalystTools\Math\Conditional\Con。如圖5。對于地上部分網(wǎng)格和林冠網(wǎng)格，重復(fù)上面3步。

3.3.4把地上部分和地面部分融合起來。這里使用Plus工具:ArcToolbox\SpatialAnalystTools\Math\Plus，如圖6所示。

3.3.5創(chuàng)建浮點(diǎn)柵格文件。為了下面的除法操作不損失精度，要把得到的整數(shù)型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)據(jù)。這里使用Float工具:ArcToolbox\SpatialAna-lystTools\Math\Float，如圖7所示。

3.3.6計算密度。我們使用Devide工具來計算密度，該工具的位置是:ArcToolbox\SpatialAnalystTools\Math\Devide，如圖8所示。

3.3.7計算結(jié)果是一個值為0.0～1.0的柵格文件，1.0為高密度林冠，0.0為無林冠。這樣，將數(shù)據(jù)賦予不同的顏色，就可以清晰得到。

4結(jié)語

ArcGIS是一款管理、存儲、分析Lidar數(shù)據(jù)的優(yōu)秀工具，把ArcGIS和ArcGIS服務(wù)器影像擴(kuò)展結(jié)合起來，使人們可以快速有效地和使用大量的Lidar數(shù)據(jù)，而不需要產(chǎn)生額外的結(jié)果數(shù)據(jù)集。本文介紹了將Lidar數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ArcGIS可處理格式的過程，闡述了解釋Lidar數(shù)據(jù)的方法，并以樹高估計和植物密度估計為例，介紹了如何在ArcGIS中使用Lidar數(shù)據(jù)進(jìn)行分析植物特征。