估算森林冠层密度和高度

许多环境应用都将森林冠层密度及高度用作变量。这些应用包括对生物量、森林范围和条件以及生物多样性的估算。冠层密度（又称为冠层盖度）是从空中观测到的植被地面比。冠层高度表示冠层顶端相对于地面的高度。激光雷达可用于确定这两个变量。

根据激光雷达点计算冠层密度和高度的步骤如下。首先，需要被归类为地面回波（裸露地表）与非地面回波的激光雷达信号。这种类型的点分类任务通常由数据提供程序执行。其次，需要考虑激光雷达数据的采集时间以及研究区域中的植被类型。如果存在许多落叶树并且是在秋季（落叶期）执行数据采集，则密度计算将不准确。

将点加载到地理数据库中

要计算冠层密度，请将地面（或裸露地表）激光雷达点加载到一个多点要素类中，并将地上点加载到另一多点要素类中。假设数据为 LAS 格式，则可使用 LAS 转多点地理处理工具将激光雷达点加载到地理数据库中。请确保指定适当的类代码以便对两个多点要素类进行过滤。下表包含了按 LAS 1.1 标准定义的 LAS 类代码：

类代码	分类类型
0	已创建，从未分类
1	未分类
2	地面
3	低植被
4	中等植被
5	高植被
6	建筑物
7	低点（噪点）
8	模型关键
9	水域

注：

如果点已分类，则在最近几年中创建的任何 LAS 文件均应使用这些代码。不幸的是，仍然存在一些不明确现象。例如，第 2 类是地面，但第 8 类也是地面。第 8 类（模型关键）点是一组特殊的地面点，用于等值线或其他需要一组已细化地面点的应用。是否具有此类点取决于数据的处理方式。如果不确定，可以同时指定这两类。即使发现不存在任何模型关键点，也不会有负面影响。植被也存在类似的问题。有时，供应商会将高于地面的所有事物都归为第 1 类，因为他们没有对这些事物进行更详细的分类。因此，如果不确定数据分类的详细信息，请使用第 1、3、4、5 类加载非地面点。这是一种获取全部植被点的合理方法。请注意，如果第 1 类中存在建筑物或其他人造非地面要素，则同样会获取到这些要素，并且它们会对结果的准确性产生细微影响。

计算密度

确定冠层密度最有效的方法是通过栅格化将研究区域划分为许多大小相等的小单元。在每个栅格单元中，将地上回波的数量与激光雷达回波总数相比。

此处要牢记的一项重要技巧是确定适合于此分析的单元大小。必须至少为平均点间距的四倍。可以使用更大的单元，但不能小于该值。

步骤：

1. 采用计数选项对地上点使用点转栅格地理处理工具。

2. 将生成的任意 NoData 单元转换为 0，这样后续操作便会将没有点的单元视为 0。可使用为空地理处理工具配合条件函数地理处理工具完成此操作。


3. 对激光雷达地面多点重复执行步骤 1 和 2。
4. 使用加地理处理工具将地上栅格和裸露地表栅格加在一起以获得每个单元的总数。

5. 目前所创建的所有栅格都是长整型数据类型。您还需要一个浮点型栅格以便获取来自除地理处理工具（将在步骤 6 中使用）的浮点型输出。要生成浮点型栅格，请将加地理处理工具的输出栅格用作转为浮点型地理处理工具的输入。

6. 现在使用除地理处理工具求出地上栅格数和浮点型栅格总数之比。您将得到一个介于 0.0 和 1.0 之间的比值，其中 0.0 表示无冠层，1.0 表示冠层浓密。

下图表示了冠层密度。浅色区域表示基本没有植被。在这些区域中，大部分激光雷达波能够“看到”地面。深绿色区域表示植被冠层很茂密，激光雷达无法穿透到达地面。

计算高度

要确定冠层高度，需要用第一个回波表面 (DSM) 减去裸露地表 (DEM)。请按照从大型激光雷达点集合创建栅格 DEM 和 DSM 主题中的步骤操作生成这两个表面。

步骤：

1. 生成第一个回波栅格和裸露地表栅格后，使用减地理处理工具确定这两个栅格数据集的差值。对森林而言，差值结果即为冠层高度。

下图表示了距地面的高度。它的范围为从蓝色（基本没有高度）到橙色（最高）。

激光雷达可用于计算植被的密度和高度。这具有多种用途，其中包括生物量估算、碳估算以及森林管理。