Laserskanning för bättre beslut i skogsbruket - nu eller i framtiden? Johan Holmgren SkogsGIS 9-10 april 2014 Foto: Lee Shand Laserskanner: TopEye, BLOM
Vilken information kan vi få? http://commons.wikimedia.org/wiki/file:airborne_laser_scanning_discrete_echo_and_full_waveform_signal_comparison.svg
Skattning av stamegenskaper Flygburna sensorer: Laserskanning Multi-spektrala flygbilder Stammätningar på provytor: Manuella fältmätningar Skördardata Markbaserad laserskanning Automatisk avgränsning av trädkronor Detektering av trädstammar (markbaserad skanning) Beräkna variabler och länka datakällor Skattningsmetoder Skattning av stamegenskaper för hela området
Skattning för trädsegment Bild: Åsa Persson, FOI
Skattning för trädsegment
Skattning för trädsegment
Identifiering av trädslag Holmgren, J., and Persson A. 2004. Identifying species of individual trees using airborne laser scanning, Remote Sensing of Environment 90 (4): 415-423.
Identifiering av trädslag Holmgren, J., Persson, Å., and Söderman, U. 2008. Species identification of individual trees by combining high resolution LiDAR data with multi-spectral images, International Journal of Remote Sensing, 29(5): 1537-1552.
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 101 105 109 113 117 121 125 Identifiering av trädslag 120 100 80 60 40 20 0 Nya resultat på gång där vågformen används för klassning av trädslag
Fältmetoder som används idag Bild: Haglöf (www.haglofcg.com)
Parametriska metoder exempel regression Y (skog) Y (skog) X (sensor) X (sensor)
Icke-parametriska metoder exempel - knn X2 (sensor) Referens Okänd X1 (sensor)
Skattning på segmentsnivå (knn metod) Träning med manuella fältmätningar Utvärdering på stora provytor (20 m radie) Även skattning av storleksfördelning (höjd, DBH) Skattad variabel Rel. RMSE (%) Rel. bias (%) Virkesvolym 8.9-1.49 Grundyta 7.2-1.62 Grundytevägd medelhöjd 3.8-0.18 Grundytevägd medelstamdiameter 6.3-1.14 Stamantal 15.4-3.54 Holmgren, J. and Lindberg, E. 2013. Tree crown segmentation based on a geometric tree crown model for prediction of forest variables. Canadian Journal of Remote Sensing, 39: 86-98.
Integrera data från skördare med data från fjärranalys Resultat från samarbete mellan Skogforsk och SLU
Laserdata & skördardata (referens) + heltäckande laserdata X2 (sensor) Referens Okänd Skattningar: heltäckande stamdata X1 (sensor)
Skattning på segmentsnivå (knn metod) Träning med skördardata (stam-filer) Utvärdering små bestånd (4 st provytor 10 m radie) Även skattning av storleksfördelning (höjd, DBH) Även skattning av stamdata (från skördaren) Skattad variabel Rel. RMSE (%) Rel. bias (%) Virkesvolym 10.6 0.02 Medelhöjd 7.8-2.88 Medelstamdiameter 11.8-5.52 Stamantal 18.7 4.73 Holmgren, J., Barth, A., Larsson, H. and Olsson, H. 2012. Prediction of stem attributes by combining airborne laser scanning and measurements from harvesters, Silva Fennica, 46(2): 227-239. http://www.metla.fi/silvafennica/abs/sa46/sa462227.htm
Skattning av virkesutbyte med laserskanning Projekt finansierat av Stiftelsen Nils och Dorthi Troëdssons forskningsfond Ersätta manuella fältmätningar med markbaserade sensorer Den flygburna skanningen tränas med markbaserad laserskanning
Ersätta manuella fältmätningar med markbaserade sensorer Foto: Andreas Barth, Skogforsk
Fortsatt FoU Skattning på segmentsnivå (knn metod) Träning med markbaserad laserskanning Utvärdering för provytor/bestånd De vanliga variablerna (volym, medeldiameter...) Även skattning av storleksfördelning (höjd, DBH) Även skattning av 3D stamprofiler Effektivisering av fältarbetet (2-3 minuter, position)
Flygburen laserskanning för bättre beslutsunderlag på enskilda fastigheter Projekt finansierat av Skogssällskapet Skapa mikrobestånd Skatta trädlistor för mikrobestånd Data skall kunna användas i Heureka-systemet Metoder som är lämpliga på mindre fastigheter Även laserdata med låg upplösning
Automatiskt skapa mikrobestånd Olofsson, K., and Holmgren, J. 2014. Forest stand delineation from lidar point-clouds using local maxima of the crown height model and region merging of the corresponding Voronoi cells. Remote Sensing Letters, 5(3): 268-276.
Egenskaper för varje cell
Sammasättning av celler
Segment för större område
Fortsatt FoU Fortsatt utveckling av metoder för att skapa mikrobestånd Metoder för att skatta trädlistor för mikrobestånd med ett så litet fältsampel som möjligt Undersöker effektiva sätt att styra fältsampel baserat på laserdata
Mobila sensorer Utveckla ett system för att mäta träd vid gallring Projekt finansierat av Brattåsstiftelsen Samarbete Skogforsk, FOI, SLU Projektet leds av Skogforsk FOI utvecklar system med billiga delar SLU utvecklar/implementerar metoder för att detektera och mäta träd
Positioneringssystem visuell SLAM SLAM = Simultaneous localization and mapping System utvecklat vid FOI, Linköping
Positionering: stereo-video Mätning: 2D laser 3D punktmoln skapas genom sensorns rörelse
Mobila sensorer
Mobila sensorer
Rotation av stammen
Mobila sensorer
Fjärranalysmetoder i skogsbruket Hur kan fjärranalys användas för att effektivisera traditionella inventeringar? Hur kan fjärranalys användas för att skatta variabler som tidigare inte varit möjliga att skatta och hur kan den nya informationen användas i skogsbruket?
Tack! Frågor? Fjärranalysavdelningen, SLU, Umeå Johan.Holmgren@slu.se www.slu.se/srh