Schätzen von Beschirmungsgrad und Bestandshöhe

Der Beschirmungsgrad und die Bestandshöhe werden in einer Reihe von Umweltanwendungen als Variablen verwendet. Diese Anwendungen umfassen die Schätzung der Biomasse, von Ausdehnung und Zustand des Waldes sowie der Biodiversität. Der Beschirmungsgrad oder Deckungsgrad ist das Verhältnis von Vegetation zu Boden aus der Vogelperspektive. Die Bestandshöhe gibt an, wie hoch sich die Baumkronen über dem Boden befinden. LIDAR kann zur Definition dieser beiden Variablen verwendet werden.

Mit den folgenden Schritten lassen sich Beschirmungsgrad und Bestandshöhe aus LIDAR-Punkten berechnen. Grundvoraussetzung ist LIDAR, das in Bodenrückgaben (nackte Erdoberfläche) und Nicht-Bodenrückgaben klassifiziert wurde. Dieser Punktklassifizierungstyp wird normalerweise vom Datenanbieter ausgeführt. Im zweiten Schritt sind der Zeitpunkt der LIDAR-Erfassung und der Vegetationstyp im Untersuchungsgebiet zu berücksichtigen. Wenn die Erfassung bei einem hohen Laubbaumbestand im Herbst (blattlose Bäume) durchgeführt wurde, ergibt die Berechnung des Beschirmungsgrads einen falschen Wert.

Laden von Punkten in die Geodatabase

Laden Sie zur Berechnung des Beschirmungsgrads die LIDAR-Punkte für den Boden oder die nackte Erdoberfläche in eine Multipoint-Feature-Class und oberirdische Punkte in eine andere Multipoint-Feature-Class. Wenn Ihre Daten im LAS-Format vorliegen, können Sie die LIDAR-Punkte unter Verwendung des Geoverarbeitungswerkzeugs LAS zu Multipoint in die Geodatabase laden. Vergewissern Sie sich, dass Sie die richtigen Klassencodes zum Filtern der beiden Multipoint-Feature-Classes angegeben haben. Die folgende Tabelle enthält die LAS-Klassencodes, die im Standard LAS 1.1 definiert sind:

Klassencode	Klassifizierungstyp
0	Erstellt, nie klassifiziert
1	Nicht klassifiziert
2	Erde
3	Niedere Vegetation
4	Mittlere Vegetation
5	Hohe Vegetation
6	Gebäude
7	Niedrige Punkte (Rauschen)
8	Modellschlüssel
9	Wasser

Hinweis:

Jede LAS-Datei, die in den letzten Jahren erstellt wurde, sollte diese Codes verwenden, wenn die Punkte klassifiziert wurden. Leider gibt es immer noch Mehrdeutigkeiten. Beispielsweise ist Klasse 2 Erde, aber Klasse 8 ebenfalls. Punkte aus Klasse 8 oder dem Modellschlüssel stellen eine besondere Gruppe von Bodenpunkten dar, die für die Konturlinienabbildung oder andere Anwendungen verwendet werden, bei denen ein ausgedünnter Satz von Bodenpunkten benötigt wird. Ihr Vorhandensein hängt davon ab, wie die Daten verarbeitet wurden. Wenn Sie nicht sicher sind, geben Sie beide Klassen an. Wenn sich herausstellen sollte, dass keine Modellschlüsselpunkte vorhanden sind, ist das kein Problem. Bei der Vegetation gibt es ähnliche Schwierigkeiten. Manche Anbieter kategorisieren alles, was sich über dem Boden befindet, in Klasse 1, da sie keine ausführlichere Klassifizierung dafür durchgeführt haben. Wenn Sie also hinsichtlich der Klassifizierung Ihrer Daten nicht sicher sind, laden Sie Nicht-Bodenpunkte mit den Klassen 1, 3, 4 und 5. Das ist ein angemessener Sammelbegriff, um Vegetationspunkte zu erhalten. Hinweis: Wenn Klasse 1 Gebäude oder andere künstliche Nicht-Boden-Features enthält, erhalten Sie diese ebenfalls. Sie führen dann zu einer leichten Verzerrung der Ergebnisse.

Berechnen des Beschirmungsgrads

Die effektivste Art zur Bestimmung des Beschirmungsgrads besteht darin, das Untersuchungsgebiet durch Rasterung in viele kleine, gleich große Einheiten zu unterteilen. In jeder Raster-Zelle vergleichen Sie die Anzahl der oberirdischen Rückgaben mit der Gesamtzahl der LIDAR-Rückgaben.

Hierbei ist es wichtig, eine angemessene Zellengröße für diese Analyse festzulegen. Sie muss mindestens viermal so groß wie der durchschnittliche Punktabstand sein. Sie können auch einen größeren Wert wählen, kleiner darf die Zellengröße jedoch nicht sein.

Schritte:

1. Verwenden Sie das Geoverarbeitungswerkzeug Punkt in Raster für die oberirdischen Punkte mit der Option COUNT.

2. Konvertieren Sie alle resultierenden NoData-Zellen in 0, damit nachfolgende Vorgänge eine Zelle ohne Punkte als 0 behandeln. Verwenden Sie dazu das Geoverarbeitungswerkzeug IsNull, gefolgt von dem Geoverarbeitungswerkzeug Con.


3. Wiederholen Sie die Schritte 1 und 2 mit den LIDAR-Boden-Multipoints.
4. Addieren Sie das oberirdische Raster und das Raster für die nackte Erdoberfläche, um mit dem Geoverarbeitungswerkzeug Plus die Gesamtanzahl pro Zelle zu ermitteln.

5. Alle bislang erstellten Raster sind lange Datentypen. Sie benötigen ein Gleitkomma-Raster, um von dem Geoverarbeitungswerkzeug Unterteilen eine Gleitkommaausgabe zu erhalten, die Sie in Schritt 6 verwenden. Nehmen Sie zur Erzeugung eines Gleitkomma-Rasters das Ausgabe-Raster aus dem Geoverarbeitungswerkzeug Plus als Eingabe für das Geoverarbeitungswerkzeug Float.

6. Verwenden Sie jetzt das Geoverarbeitungswerkzeug Unterteilen, um das oberirdische Anzahl-Raster und das Gleitkomma-Gesamtanzahl-Raster zu vergleichen. Sie erhalten als Ergebnis ein Verhältnis zwischen 0,0 und 1,0, wobei 0,0 keine Baumkronen und 1,0 sehr dichte Baumkronen bedeutet.

Die folgende Abbildung zeigt den Beschirmungsgrad. An den hellen Stellen ist keine oder nur geringe Vegetation vorhanden. An diesen Stellen könnte ein hoher Prozentsatz von LIDAR-Schüssen bis zum Boden gelangen. Die dunkelgrünen Stellen, an denen LIDAR nicht bis zum Boden durchdringen konnte, weisen auf eine dichtere Vegetation hin.

Berechnen der Bestandshöhe

Zur Bestimmung der Bestandshöhe müssen Sie die nackte Erdoberfläche (DEM) von der ersten Rückgabeoberfläche (DSM) subtrahieren. Führen Sie die unter Erstellen von Raster-DEM und DSMs aus großen LIDAR-Punktsammlungen beschriebenen Schritte aus, um diese beiden Oberflächen zu generieren.

Schritte:

1. Sobald Sie die erste Rückgabe und die Raster der nackten Erdoberfläche erzeugt haben, verwenden Sie das Geoverarbeitungswerkzeug Minus, um den Unterschied zwischen diesen beiden Raster-Datasets zu ermitteln. Die Unterschiedsergebnisse stellen die Bestandshöhe für den Wald dar.

Die Abbildung unten zeigt die Höhe über dem Boden. Sie reicht von blau (geringe oder gar keine Höhe) bis orange für die größte Höhe.

LIDAR kann zur Berechnung von Dichte und Höhe der Vegetation verwendet werden. Diese Funktion ist für viele Zwecke nützlich, z. B. für Biomassen- und Kohlenstoffschätzungen sowie in der Forstwirtschaft.