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利用空載測深LiDAR繪製水下地形
解決方案
Solution
應用LiDAR資料對城市邊緣地區進行森林大火風險評估
近年來受反聖嬰現象造成的降雨量顯著增加，澳洲東部沿海地區的植被快速生長，而該地區亦是全國超過80%人口的居住地。特別是在城市邊緣地帶，這些氣候條件造成潛在森林大火可能性大幅增加。因此，地方當局有日益迫切的需求，必須更有效地識別與評估對生命與財產構成的潛在威脅，並實施適當的策略，以降低這些城市邊緣區域的火災風險。
LiDAR資料長期以來一直是地方政府在緩解災害風險中所依賴的關鍵資料集。最常見的用途是作為建模與評估人口聚集地區洪水及暴潮風險的基礎資料，因為它能夠在大範圍內提供高精度的地形資訊。LiDAR資料集同樣被應用於森林大火風險評估，因為它不僅能建構地形模型，還能提供區域內植被的詳細資訊。與舊一代大範圍掃描型 LiDAR 相比，最新一代的LiDAR系統在解析度與準確度方面有顯著提升，大幅提升其作為災害評估工具的效能，能更精確地提供關於植被結構、生物質密度及燃料負荷的關鍵指標。
本篇思辨文章探討最新一代空載LiDAR系統，特別是由Bennett + Bennett操作的Riegl VUX-160掃描儀，如何在生物質計算方面提供更高的精度，並能更可靠地評估澳洲城市邊緣地區的森林大火風險。文中亦將強調VUX-160的獨特技術能力，說明其如何優於傳統的大範圍LiDAR掃描儀，為從事火災風險分析的專業人員提供最優質的數據。
圖1：2025年加州的野火是一個悲劇性的警示，提醒我們森林大火對大城市城市邊緣地帶所構成的威脅。
生物質與叢林大火風險
生物質，即所有活體與枯死的有機物的總質量，在森林大火動態中扮演關鍵角色。植被的密度、高度與結構，以及植物種類，均直接影響火勢的行為。密集且多層次的植被提供更多燃料，導致火勢更大、強度更高且蔓延速度更快。在城市邊緣地帶，住宅區與易燃林地相鄰時，高生物質量可能成為可控火勢與災難性火災之間的關鍵分界線。
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圖2：LiDAR點雲的典型橫剖面，顯示樹冠結構、林下植被與地表情況。上方圖像來自標準的大範圍LiDAR感測器（Leica TerrainMapper-2），下方圖像則由Riegl VUX-160掃描儀取得。
在這些地區，傳統的生物質的評估方法，例如田野調查與衛星影像分析，往往需要大量人力，且精確度有限，有時甚至難以提供進行準確風險評估所需的細節。這正是LiDAR技術發揮作用的關鍵所在，特別是像Riegl VUX-160這類高精度的LiDAR系統。LiDAR掃描能提供精細的3D點雲資料，可用於分析植被結構、識別生物質分布，並評估火勢在特定區域的蔓延方式。
空載LiDAR在生物質計算與森林大火風險評估中的作用
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圖3：大多數用於空載掃描的LiDAR感測器具備每次脈衝測量多重回波（或回聲）的能力。這使其能夠捕捉樹冠下的細節，如植被結構、林下樹冠及地表情況。
LiDAR透過向地面發射雷射脈衝來運作，當雷射光束的路徑被植被、建築結構或地面等物體阻斷時，雷射脈衝會反射回感測器。通過測量雷射返回的飛行時間，並結合GPS位置資料，LiDAR能夠生成一個高度精確的3D地形和植被的呈現，稱為點雲。
這些點雲資料為城市邊緣地區的森林大火風險評估提供了幾個優勢：
- 高解析度資料：LiDAR提供高精度的資料，具有細緻的空間解析度，能捕捉植被結構中的微小變化。這種細節程度使其能夠準確計算生物質並識別具有高燃料負荷的區域，這對於確定森林大火風險至關重要。
- 垂直植被結構：與傳統的空中和衛星影像不同，其僅捕捉植被的頂部和水平方向的分佈，LiDAR資料提供了有關植被垂直結構的詳細資訊。樹冠、灌木和下層植被的高度與密度是理解火災強度的關鍵因素。LiDAR資料能夠識別這些結構組成部分及其對森林大火的潛在助燃作用。
- 樹冠間隙與連接性繪製：LiDAR可以繪製植被中的間隙，例如樹木之間的空隙，這對於了解火災如何蔓延至關重要。火災在樹冠間隙或稀疏的低矮植被區域蔓延得較慢，而在密集、連續的樹冠區域和濃密的下層植被區域，則會形成更快速且更強烈的火災蔓延條件。
- 快速且具成本效益的覆蓋：空載LiDAR可以快速覆蓋難以到達的廣大區域，且成本僅為傳統地面調查的極小部分。這對於大型且廣闊的城市邊緣地區尤其有價值，這些區域通常難以進行常規監測或手動生物質評估。
- 燃料負荷識別：LiDAR點雲提供了準確的植被體積估算，這對於確定燃料負荷不可或缺。高燃料負荷代表著較高的森林大火風險。LiDAR資料使消防機構能夠快速且準確地識別需要進行減少燃料的區域，例如冷燃燒或其他緩解策略。
Riegl VUX-160 LiDAR掃描儀
Riegl VUX-160是一款最先進的空載LiDAR掃描儀，與傳統的大範圍LiDAR系統相比，提供了更卓越的資料品質。儘管其他LiDAR系統在低解析度下能有效掃描大範圍區域，VUX-160在提供高解析度、高精度的點雲資料方面表現更為出色，使其成為評估森林大火風險的理想工具，特別是在複雜的城市邊緣環境中。
Riegl VUX-160與其他大範圍LiDAR系統相比具備了：
- 更高的點雲密度與精度：Riegl VUX-160擁有比傳統LiDAR掃描儀更高的點雲密度。這意味著它能夠收集超高點雲密度，提供更細緻的植被結構細節和更高的解析度。這對於準確捕捉火災易發區域的生物質和植被垂直結構尤為重要。
- 在密集植被中的準確度提升：VUX-160專為在挑戰性環境中表現出色而設計，包括密集的植被區域。該掃描儀的高精度使其能夠準確捕捉樹木高度、樹冠密度，甚至是較低層次的植被，這對於森林大火風險評估尤為關鍵。
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圖4：以回波數量顯示的相同植被的LiDAR點雲資料。右側的點雲顯示了VUX-160相較於專為大範圍掃描優化的LiDAR感測器，提供的更高點雲密度和細節。
3. 更遠的範圍與更好的穿透力：與許多由無人機操作的LiDAR系統相比，VUX-160擁有更遠的範圍，這使其能夠從更高的高度獲取資料並穿透密集的樹冠。這使得該掃描儀能夠在更大範圍的森林區域中獲取資料，同時保持高精度。在難以進入或植被特別密集的區域，這一點尤其有用。
4. 大規模調查的高效率：除了具有高精度外，VUX-160還能快速進行大範圍調查，使其比其他系統更具效率。這使得它成為對於需要大範圍的覆蓋的區域的理想工具，有利於對廣大且通常地勢崎嶇的城市邊緣區域進行調查。
5. 樹冠下的地形建模：了解地形對於掌握當地森林大火的行為很關鍵。VUX-160能夠在即使被樹冠覆蓋的區域中捕捉到高度細節，這大大提升了對大範圍區域的高程、坡度與坡向等地形特徵建模效果的一致性。
6. 即時資料處理：Riegl VUX-160能夠進行即時資料處理，這對於緊急森林大火風險的評估至關重要。快速的數據處理意味著火災管理人員能及時獲取可行的洞察資訊，從而做出有根據的決策以進行火災緩解與應對。
城市邊緣地區森林大火風險的實務應用
在澳洲城市邊緣的森林大火風險情境下，Riegl VUX-160 LiDAR掃描儀提供了多項有價值的應用：
- 生物質計算、燃料負荷測繪與分析
- 火災行為預測與建模
- 森林大火風險緩解
- 火災後評估（受控燃燒的成效評估）
- 視覺化呈現、社區意識提升與防災準備
空載LiDAR技術，特別是Bennett + Bennett所操作的Riegl VUX-160掃描儀，為澳洲城市邊緣地區的生物質計算與森林大火風險評估帶來了突破性的改變。透過提供高解析度、準確且即時的資料，LiDAR讓火災管理、燃料減少策略以及都市規劃的決策更具依據。資料一經採集，還能被應用於其他風險緩解工作（如洪水研究、坡度穩定性分析及岩土調查），並可作為地方政府與專業人士在維護與管理城市時可依賴的標準資料來源。
隨著氣候變遷可能導致森林大火的頻率與規模持續上升，而我們的城市也在不斷擴展，增加了城郊地區的範圍，像Riegl VUX-160這類技術將成為提升對火災行為理解、降低風險、保護生命與財產不可或缺的重要工具。
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文章出處：http://bennettandbennett.com.au/news/bushfire-risk-assessment
