3D Forest structure analysis from optical and LIDAR data

Ambiência

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ISSN: 2175-9405
Editor Chefe: Luiz Gilberto Bertotti
Início Publicação: 31/05/2005
Periodicidade: Quadrimestral
Área de Estudo: Ciências Agrárias, Área de Estudo: Agronomia, Área de Estudo: Biologia geral, Área de Estudo: Recursos Florestais e Engenharia Florestal, Área de Estudo: Ciências Biológicas, Área de Estudo: Ciências Exatas, Área de Estudo: Geociências, Área de Estudo: Ciências Humanas, Área de Estudo: Geografia, Área de Estudo: Ciências Sociais Aplicadas, Área de Estudo: Planejamento urbano e regional

3D Forest structure analysis from optical and LIDAR data

Ano: 2006 | Volume: 2 | Número: Suplemento
Autores: Stefan Lang, Dirk Tiede, Bernhard Maier, Thomas Blaschke
Autor Correspondente: Stefan Lang | [email protected]

Palavras-chave: análise de imagens baseada em objetos, dados als, monitoramento florestal, sensoriamento remoto

Resumos Cadastrados

Resumo Português:

Aproximadamente 46% da superfície da Áustria é coberta por florestas. A
sua maior parte é manejada tendo o seu crescimento controlado. Além da
produção de madeira, os ecossistemas florestais desempenham um papel
multi-funcional, incluindo o controle climático e particularmente, proteção aos
assentamentos humanos. As inter-relações entre as dimensões climáticas,
ecológicas, sociais e econômicas de florestas requerem tecnologias para o
monitoramento, tanto do estado como do desenvolvimento das florestas. Isto
inclui a estrutura das florestas, espécies e composição etária bem como
integridade da floresta em geral. A avaliação da estrutura florestal permite,
por exemplo, aos gerentes de floresta e engenheiros prognosticar os riscos
naturais e avaliar se uma área florestal pode satisfazer a sua função protetora
ou não. Métodos tradicionais de avaliação da estrutura florestal, tal como
inventários de campo e interpretação de fotografias aéreas são intrinsecamente
limitados para fornecer informação espacialmente contínua numa grande área.
O Centro de Geo-Informática (Z_GIS) em colaboração com o Parque
Nacional Bayerischer Wald, (Alemanha) e o Stand Montafon (Áustria),
testaram e aplicaram aproximações de pesquisas avançadas, integrando dados
ópticos multi-espectrais e varredura a laser aerotransportados (ALS –
airborne laser scanning) para (1) delineamento dos talhões florestais, (2)
detecção de árvores individuais, (3) análise da estrutura de florestas. Os dados
ópticos usados foram obtidos por scanner em linha RGBI e fotografias aéreas
infra-vermelho coloridas (CIR). Dados ALS tiveram como característica uma
resolução de 10 pontos por m2 e de modelos normalizado de copa (nCM)
com uma resolução de 0,5 e 1,0 m. (1) A delineação automática dos talhões
foi feita através de (a) migração de uma chave elaborada para mapeamento
manual de fases de desenvolvimento de florestas para um sistema baseado em regras via modelagem do relacionamento dos objetos (ORM); e (b) da
segmentação multi-resolução e análise de SIG. (2) Estratégias para a detecção
de árvores individuais usando dados ALS brutos incluem (a) modelagem GIS
baseado em algoritmos de máximas locais por crescimento de regiões, e (b)
análise orientada a objetos usando a informação de super-classes de
conjuntos e séries de regras de classes específicas. (3) a estrutura vertical de
florestas foi avaliada estatisticamente através de (a) aplicação de estatística
básica (como média, desvio-padrão e coeficiente de variação) nos dados
brutos usando uma abordagem de janela móvel; e (b) aplicando métricas de
paisagem (Shannon Evenness Index, SHEI e Índice de Divisão, DIVI) para
diferentes estratos obtidos do nCM.



Resumo Inglês:

In Austria about half of the entire area (46 %) is covered by forests. The
majority of these forests are highly managed and controlled in growth. Besides
timber production, forest ecosystems play a multifunctional role including climate
control, habitat provision and, especially in Austria, protection of settlements.
The interrelationships among climatic, ecological, social and economic
dimensions of forests require technologies for monitoring both the state and
the development of forests. This comprises forest structure, species and age
composition and, forest integrity in general. Assessing forest structure for
example enables forest managers and natural risk engineers to evaluate whether
a forest can fulfil its protective function or not. Traditional methods for assessing
forest structure like field inventories and aerial photo interpretation are
intrinsically limited in providing spatially continuous information over a large
area. The Centre for Geoinformatics (Z_GIS) in collaboration with the National
Park Bayerischer Wald, Germany and the Stand Montafon, Austria, has tested
and applied advanced approaches of integrating multispectral optical data
and airborne laser scanning (ALS) data for (1) forest stand delineation, (2)
single tree detection and (3) forest structure analysis. As optical data we used
RGBI line scanner data and CIR air-photos. ALS data were raw point data
(10 pulses per sqm) and normalised crown models (nCM) at 0.5 m and 1 m
resolution. (1) Automated stand delineation was done by (a) translating a key
for manual mapping of forest development phases into a rule-based system
via object-relationship modelling (ORM); and (b) by performing multi-resolution segmentation and GIS analysis. (2) Strategies for single tree detection using
raw ALS data included (a) GIS modelling based on a region-growth local
maxima algorithm and (b) object-based image analysis using super class
information class-specific rule sets. (3) Vertical forest structure has been
assessed statistically by (a) applying basic statistics (like mean, standard
deviation, and variation coefficient) on the raw data using a moving window
approach; and (b) by applying landscape metrics (Shannon Evenness Index,
SHEI, and division index, DIVI) for different strata extracted from the nCM.