APCRS-2015-009
AUTHOR(S):
Michał Ratajczak, Piotr Wężyk
TITLE:
AUTOMATIC DETERMINATION OF TRUNK DIAMETER, CROWN BASE AND HEIGHT OF SCOTS PINE (PINUS SYLVESTRIS L.) BASED ON ANALYSIS OF 3D POINT CLOUDS GATHERED FROM MULTI-STATION TERRESTRIAL LASER SCANNING
Abstract:
The rapid development of terrestrial laser scanning (TLS) in recent years has led to its recognition and implementation in many industries, including forestry and nature conservation. The use of 3D TLS point clouds for tree and stand inventory, as well as for determining selected biometric features of trees (e.g., trunk diameter, tree height, crown base, trunk shape) and timber volume, is becoming common practice. Beyond measurement accuracy, the added value of TLS lies in the automation of processing 3D point clouds to extract selected tree and stand features. This paper presents original software (GNOM) for the automatic measurement of selected tree parameters based on point clouds obtained with a FARO FOCUS 3D laser scanner. Using GNOM algorithms, the location of tree trunks on a circular research plot was determined, and measurements were taken for DBH, trunk diameters at various heights, tree height, crown base, trunk volume (sectional measurement method), and crown volume. The research was conducted in a single-species pine stand (Pinus sylvestris L.) in the Niepołomice Forest District on a circular plot with a radius of 18.0 m containing 16 pines (14 of which were felled). The stand, aged 147 years, had a single-story structure and no undergrowth. Terrestrial laser scanning was performed just before harvesting. The DBH of the 16 pines was automatically determined using the GNOM algorithm with an error of approximately +2.1% compared to reference measurements taken with a caliper. The mean absolute error for semi-automatic methods “PIXEL” (between points) and “PIPE” (cylinder fitting) in FARO Scene 5.x was 3.5% and 5.0%, respectively. Tree height, measured automatically with the GNOM algorithm, had an average error of 6.3%, slightly higher than the manual method in TerraScan (Terrasolid; error ~5.6%). Crown base height measurements showed an error of +9.5%. Processing TLS point clouds with GNOM algorithms for the 16 pines took less than 10 minutes (37 seconds per tree).
KEY WORDS: terrestrial laser scanning (TLS), point cloud processing, algorithms, biometric characteristics of trees
DOI: 10.14681/afkit.2015.009
AUTORZY:
Michał Ratajczak, Piotr Wężyk
TYTUŁ:
AUTOMATYCZNE OKREŚLANIE ŚREDNICY PNIA, PODSTAWY KORONY ORAZ WYSOKOŚCI SOSNY ZWYCZAJNEJ (PINUS SILVESTRIS L.) NA PODSTAWIE ANALIZ CHMUR PUNKTÓW 3D POCHODZĄCYCH Z WIELOSTANOWISKOWEGO NAZIEMNEGO SKANOWANIA LASEROWEGO
STRESZCZENIE:
Rozwój technologii naziemnego skanowania laserowego (TLS) w ostatnich latach spowodował jej uznanie i wdrożenie w wielu gałęziach gospodarki, w tym w leśnictwie i ochronie przyrody. Wykorzystanie chmur punktów 3D TLS w procesie inwentaryzacji drzew i drzewostanów oraz określaniu wybranych cech biometrycznych drzewa (np. średnicy pnia, wysokości drzewa, podstawy korony, liczby kształtu pnia) oraz wielkości surowca drzewnego (objętość drzew) staje się już praktyką. Wartością dodaną technologii TLS poza dokładnością samego pomiaru jest automatyzacja procesu przetwarzania chmury punktów 3D pod kątem ekstrakcji wybranych cech drzew i drzewostanów. Praca prezentuje autorskie oprogramowanie (GNOM) służące do automatycznego pomiaru wybranych parametrów drzew na podstawie chmury punktów pozyskanych skanerem laserowym FARO FOCUS 3D. Dzięki opracowanym algorytmom (GNOM) określono lokalizację pni drzew na kołowej powierzchni badawczej oraz dokonano pomiarów: pierśnicy pni (d₁₃), kolejnych średnic pnia na różnych wysokościach, wysokości wierzchołka drzewa, podstawy korony i objętości pnia (metoda pomiaru sekcyjnego) oraz korony drzewa. Badania przeprowadzono w jednogatunkowym drzewostanie sosnowym (Pinus sylvestris L.) w Nadleśnictwie Niepołomice.
SŁOWA KLUCZOWE: naziemne skanowanie laserowe (TLS), automatyzacja przetwarzania chmur punktów, algorytmy, cechy biometryczne drzew