APCRS-2016-011
AUTHOR(S):
Piotr Weżyk, Paweł Hawryło, Marta Szostak
TITLE:
DETERMINATION OF THE NUMBER OF TREES IN THE BORY TUCHOLSKIE NATIONAL PARK USING CROWN DELINEATION OF THE CANOPY HEIGHT MODELS DERIVED FROM AERIAL PHOTOS MATCHING AND AIRBORNE LASER SCANNING DATA
Abstract:
In recent years, the term “precise forestry” has been increasingly used to describe a modern and sustainable model of forest management. This approach relies on accurately defined and monitored forest taxation parameters of single trees and entire stands, utilizing modern geoinformation technologies such as Airborne Laser Scanning (ALS) and digital photogrammetry. The study aimed to analyze the usefulness of Canopy Height Models (CHM) generated from image-based point clouds (IPC) and ALS data for determining the number of trees through the segmentation of single Scots pine (Pinus sylvestris L.) crowns. The research was conducted in Scots pine stands within the Bory Tucholskie National Park (PNBT), Poland, which, due to the intentional lack of certain silviculture treatments, exhibited relatively high tree density compared to managed forests.
CHM models were generated from digital airborne photos (CIR composition; GSD 0.15 m) and ALS point clouds (4 points/m²; ISOK project). Point clouds from aerial photos were created using PhotoScan Professional (Agisoft), while CHM_IPC (GSD: 0.30 m) and CHM_ALS (GSD: 0.75 m) were generated with FUSION software. Crown segmentation was performed in eCognition Developer, incorporating spectral information from true CIR orthophotos. Ground truth data from 248 reference areas were used for accuracy assessment.
Results showed that for younger stands (< 120 years), image matching (CHM_IPC) yielded better results, while for older stands (> 120 years), ALS-based CHM (CHM_ALS) was more accurate. The mean percentage error in tree counting was 0.89%, demonstrating the potential of digital photogrammetry and GEOBIA for precise forestry applications. The study highlights the feasibility of using freely available geodata (ALS and aerial images) for large-scale forest parameter modeling in Poland.
KEY WORDS: image segmentation, object classification, point clouds, stereomatching, airborne laser scanning, Bory Tucholskie National Park
DOI: 10.14681/afkit.2016.011
AUTORZY:
Piotr Weżyk, Paweł Hawryło, Marta Szostak
TYTUŁ:
OKREŚLANIE LICZBY DRZEW W PARKU NARODOWYM BORY TUCHOLSKIE METODĄ SEGMENTACJI KORON NA MODELACH WYSOKOŚCIOWYCH POCHODZĄCYCH Z DOPASOWANIA ZDJĘĆ LOTNICZYCH ORAZ LOTNICZEGO SKANOWANIA LASEROWEGO
STRESZCZENIE:
W ostatnich latach coraz częściej w odniesieniu do nowoczesnej i zrównoważonej gospodarki leśnej używa się terminu “precyzyjne leśnictwo”. Funkcjonowanie takiego modelu zarządzania zasobami biomasy drzewnej opiera się m.in. na dokładnie określonych i monitorowanych cyklicznie wybranych parametrach taksacyjnych drzewostanów i pojedynczych drzew w oparciu o nowoczesne technologie geoinformacyjne, w tym lotnicze skanowanie laserowe (ALS) oraz fotogrametrię cyfrową.
Celem pracy była analiza przydatności Modelu Koron Drzew (CHM) generowanego z chmur punktów pochodzących z automatycznego dopasowania cyfrowych zdjęć lotniczych (IPC) lub z technologii ALS w celu określania liczby drzew metodą segmentacji pojedynczych koron sosem. Badania realizowano w drzewostanach sosnowych (Pinus sylvestris L.) na obszarze Parku Narodowego “Bory Tucholskie”. Drzewostany te, poprzez celowe zaniechanie w ostatnich dekadach pewnych zabiegów hodowlanych, charakteryzowały się stosunkowo dużym zagęszczeniem drzew w porównaniu do drzewostanów gospodarczych.
Wyniki badań wykazały, że w drzewostanach młodszych klas wieku (< 120 lat) lepsze rezultaty osiągano stosując metody dopasowania zdjęć (CHM_IPC), natomiast w drzewostanach starszych (> 120 lat) dokładność wykrywania koron drzew była najwyższa przy zastosowaniu modelu CHM_ALS. Średni błąd procentowy określania liczby drzew wyniósł 0.89%, co świadczy o ogromnym potencjale fotogrametrii cyfrowej oraz analizy obrazu (OBIA). W kontekście niemal całkowitego pokrycia kraju danymi ALS oraz dużego udziału drzewostanów sosnowych w Lasach Państwowych, można założyć szerokie wykorzystanie tych nieodpłatnie dostępnych geodanych do precyzyjnego modelowania parametrów drzewostanów w skali kraju.
SŁOWA KLUCZOWE: segmentacja obrazu, klasyfikacja obiektowa, chmury punktów, lotnicze skanowanie laserowe, PN Bory Tucholskie