Budowa pionowa drzewostanu w świetle przestrzennego rozkładu punktów lotniczego skanowania laserowego

Transkrypt

1 Budowa pionowa drzewostanu w świetle przestrzennego rozkładu punktów lotniczego skanowania laserowego Marcin Myszkowski Marek Ksepko Biuro Urządzania Lasu i Geodezji Leśnej Oddział w Białymstoku

2 PLAN PREZENTACJI 1. Teren badań 2. Dane skanowania laserowego a) Lotniczy system skanowania laserowego b) Powierzchnie próbne 3. Analiza danych a) Histogramy (liczebność, rozkład cechy) b) Współczynnik skośności (symetria rozkładu) c) Odchylenie standardowe (zmienność) d) Percentyl 95% (miara położenia) 4. Wnioski

3 1. TEREN BADAŃ Kampinoski Park Narodowy Pasy nalotu dobrane do zmienności środowiskowej

4 2. DANE SKANOWANIA LASEROWEGO System lotniczego skanowania laserowego Dane zostały pozyskane w ramach projektu własnego firmy MGGP Aero: Wykorzystanie zdalnych technik pomiarowych w zarządzaniu obszarami cennymi przyrodniczo Termin nalotu: Czerwiec 2010 Urządzenie: Skaner Riegl LMS - Q680i Częstotliwość skanowania: 240 khz Wysokość lotu: 670 m Ilość punktów: 6 pkt/m2

5 2. DANE SKANOWANIA LASEROWEGO System lotniczego skanowania laserowego typu full waveform Podstawowe cechy działania: a) rejestracja pełnej fali powracającej do urządzenia, b) analiza danych z ekstrakcją konkretnych odbić z dodatkowymi atrybutami: amplituda, szerokość; c) teoretyczna możliwość rejestracji nieograniczonej ilości odbić.

6 2. DANE SKANOWANIA LASEROWEGO System lotniczego skanowania laserowego typu full waveform

7 2. DANE SKANOWANIA LASEROWEGO System lotniczego skanowania laserowego typu full waveform

8 2. DANE SKANOWANIA LASEROWEGO Powierzchnie próbne 1. Wydzielenia z sosną jako gatunkiem panującym (udział >= 8) 2. Losowe rozmieszczenie 125 powierzchni w kształcie kwadratu o boku 30 m (pole podstawowe). 3.Zaliczenie każdej powierzchni do jednej z trzech klas: a) klasa 1: drzewostany jednopiętrowe bez podrostu i podszytu; b) klasa 2: drzewostany z podszytem lub podrostem o wysokości do 1/3 wysokości drzewostanu; c) klasa 3: drzewostany z podszytem, podrostem wypełniającym przestrzeń podokapową powyżej 1/3 wysokości drzewostanu oraz drzewostany 2-piętrowe.

9 2. DANE SKANOWANIA LASEROWEGO Powierzchnie próbne a) klasa 1: drzewostany jednopiętrowe bez podrostu i podszytu

10 2. DANE SKANOWANIA LASEROWEGO Powierzchnie próbne b) klasa 2: drzewostany z podszytem lub podrostem o wysokości do 1/3 wysokości drzewostanu

11 2. DANE SKANOWANIA LASEROWEGO Powierzchnie próbne c) klasa 3: drzewostany z podszytem, podrostem wypełniającym przestrzeń podokapową powyżej 1/3 wysokości drzewostanu oraz drzewostany 2-piętrowe

12 Teza: rozkład punktów skanowania laserowego ma związek z budową pionową drzewostanu. Cel: znalezienie parametrów za pomocą których będzie możliwa automatyczna delimitacja drzewostanów o różnej budowie pionowej.

13 Obliczenia Wszystkie obliczenia przeprowadzono dla znormalizowanej chmury punktów. Dla każdej z powierzchni wyliczono: 1. Udział punktów w poziomych warstwach 1 oraz 2 metrowych; 2. Współczynnik skośności; 3. Odchylenie standardowe; 4. Wartość percentyla 95%. Dwa warianty obliczeń: 1. Chmura bez punktów leżących do 0,5 m powyżej poziomu terenu; 2. Pełna chmura punktów. 0.5 m

14 Obliczenia histogramy Graficzne przedstawienie rozkładu liczebności Udział punktów w warstwach poziomych liczony jako stosunek liczby punktów w warstwie do ogólnej liczby punktów w próbie (polu podstawowym). 0,25 0,2 0,15 0,1 0,

15 Udział punktów w warstwie Obliczenia histogramy 0,40 Dane oryginalne, z odbiciami od terenu Średni udział punktów w warstwach 2 metrowych 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 klasa 1 klasa 2 klasa 3 0,05 0, Wysokość warstwy/drzewostanu [m]

16 Udział punktów w warstwie Obliczenia histogramy Dane bez punktów zaliczonych do terenu i 0,5 m powyżej 0,30 Średni udział punktów w warstwach 2 metrowych 0,25 0,20 0,15 0,10 Klasa 1 Klasa 2 Klasa 3 0,05 0, Wysokość warstwy/drzewostanu [m]

17 Udział punktów w warstwie Obliczenia histogramy Dane bez punktów zaliczonych do terenu i 0,5 powyżej 0,16 Średni udział punktów w warstwach 1 metrowych 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 Klasa 1 Klasa 2 Klasa 3 0,02 0, Wysokość warstwy/drzewostanu [m]

18 Obliczenia histogramy Wstępne wnioski z analizy histogramów: 1. Zbyt małe pole podstawowe powoduje zachwianie wyników ze względu na niereprezentatywną próbę; 2. Czytelne rezultaty w drzewostanach gdzie górne piętro jest równomierne; 3. Udział luk w polu podstawowym zaburza wartości wyznaczanych parametrów; 4. Wyeliminowanie punktów odbitych od roślinności niskiej (runo) podkreśla różnice pomiędzy poszczególnymi klasami. Parametry różnicujące klasy drzewostanów: 1. Wysokość 2. Gatunek 3. Zwarcie 4. Budowa pionowa

19 Obliczenia współczynnik skośności Miara asymetrii rozkładu. Wskaźnik mówiący o przestrzennym rozkładzie punktów: 1. Wartości ujemne wskazują na asymetrię lewostronną ( cieńsze lewe ramię wykresu rozkładu ) ilościowa przewaga wyższych wartości współrzędnej Z punktów skanowania. 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,

20 Obliczenia współczynnik skośności Miara asymetrii rozkładu. Wskaźnik mówiący o przestrzennym rozkładzie punktów: Wartości dodatnie wskazują na asymetrię prawostronną ( cieńsze prawe ramię wykresu rozkładu ) ilościowa przewaga niższych wartości wysokości współrzędnej Z punktów skanowania. 3. Wartości bliskie zeru wskazują na rozkład symetryczny przewaga wartości współrzędnej Z zbliżonych do wartości średniej.

21 Współczynnik skośności Obliczenia współczynnik skośności Dane oryginalne, razem z odbiciami od terenu Współczynnik skośności rozkładu punktów 0, ,6 0,4 0,2 0-0,2-0,4-0,6-0,8-1 Klasa 1 Klasa 2 Klasa 3-1,2 Numer kolejny powierzchni

22 Współczynnik skośności Obliczenia współczynnik skośności Dane bez punktów zaliczonych do terenu i 0,5 powyżej Współczynnik skośnośności rozkładu punktów 1, ,50 0,00-0,50-1,00-1,50-2,00-2,50-3,00 Klasa 1 Klasa 2 Klasa 3-3,50 Numer kolejny powierzchni

23 Obliczenia współczynnik skośności Wnioski: 1. Za pomocą jednego, prostego parametru jesteśmy w stanie określić rozkład przestrzenny drzewostanów jednopiętrowych. 2. Nie możemy stwierdzić znaczącej różnicy pomiędzy drzewostanami klasy 2 oraz 3.

24 Obliczenia odchylenie standardowe Klasyczna miara zmienności, niezależna od zakresu wartości analizowanego parametru. Parametr ten informuje nas o stabilności badanej cechy współrzędna Z punktów skanowania laserowego. 1. Mniejsze wartości informują nas o większym skupieniu wokół średniej. 2. Większe wartości informują nas o mniejszym skupieniu wokół średniej.

25 Odhcylenie standardowe Obliczenia odchylenie standardowe Dane oryginalne, razem z odbiciami od terenu 12 Odchylenie standardowe 10 8 Klasa Klasa 2 Klasa Numer kolejny powierzchni

26 Odhcylenie standardowe Obliczenia odchylenie standardowe Dane bez punktów zaliczonych do terenu i 0,5 powyżej 10,00 9,00 Odchylenie standardowe 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 Klasa 1 Klasa 2 Klasa 3 1,00 0, Numer kolejny powierzchni

27 Obliczenia odchylenie standardowe Wnioski: 1. Za pomocą jednego, prostego parametru jesteśmy w stanie określić rozkład przestrzenny drzewostanów jednopiętrowych. 2. Nie możemy stwierdzić znaczącej różnicy pomiędzy drzewostanami klasy 2 oraz 3.

28 4. WNIOSKI IUL Budowa pionowa Pod względem budowy pionowej należy wyróżniać drzewostany: jednopiętrowe, dwupiętrowe, wielopiętrowe (z reguły wielogeneracyjne), w klasie odnowienia, w klasie do odnowienia i o budowie przerębowej. LIDAR daje nam jednak możliwość wyznaczenia wielu nowych parametrów np.: 1. wypełnienie przestrzeni biomasą; 2. rozkład przestrzenny biomasy w dowolnej jednostce powierzchniowej. Żeby móc wykorzystać informację, którą niesie LIDAR proponujemy rozważenie zmiany sposobu opisywania budowy pionowej. Firma MGGP Aero wraz z naszym zespołem planuje kolejne naloty w tych samych pasach w celu weryfikacji wyników i testów przyrostów biomasy.

29 DZIĘKUJE ZA UWAGĘ