Assessing forest metrics with a ground-based scanning lidar

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Abstract:

A ground-based scanning lidar (light detection and ranging) system was evaluated to assess its potential utility for tree-level forest mensuration data extraction. Ground-based-lidar and field-mensuration data were collected for two forest plots: one located within a red pine (Pinus resinosa Ait.) plantation and another in a mixed deciduous stand dominated by sugar maple (Acer saccharum Marsh.). Five lidar point cloud scans were collected from different vantage points for each plot over a 6-h period on 5 July 2002 using an Optech Inc. ILRIS-3D laser imager. Field- validation data were collected manually over several days during the same time period. Parameters that were measured in the field or derived from manual field measures included (i) stem location, (ii) tree height, (iii) stem diameter at breast height (DBH), (iv) stem density, and (v) timber volume. These measures were then compared with those derived from the ILRIS-3D data (i.e., the lidar point cloud data). It was found that all parameters could be measured or derived from the data collected by the ground-based lidar system. There was a slight systematic underestimation of mean tree height resulting from canopy shadow effects and suboptimal scan sampling distribution. Timber volume estimates for both plots were within 7% of manually derived estimates. Tree height and DBH parameters have the potential for objective measurement or derivation with little manual intervention. However, locating and counting trees within the lidar point cloud, particularly in the multitiered deciduous plot, required the assistance of field-validation data and some subjective interpretation. Overall, ground-based lidar demonstrates promise for objective and consistent forest metric assessment, but work is needed to refine and develop automatic feature identification and data extraction techniques.

Un radar optique lidar (détection et télémétrie par la lumière) basé au sol a été évalué pour son utilité potentielle dans l'estimation des données dendrométriques d'arbres individuels en forêt. Les données du lidar basé au sol et les données dendrométriques prises sur le terrain ont été collectées dans deux places-échantillons : l'une dans une plantation de pin rouge (Pinus resinosa Ait.) et l'autre dans un peuplement feuillu mélangé dominé par l'érable à sucre (Acer saccharum Marsh.). Cinq balayages constitués d'un nuage de points lidar ont été effectués dans chaque place-échantillon à partir de différents points d'observation. Ces balayages ont été réalisés sur une période de 6 h, le 5 juillet 2002, en utilisant un système d'imagerie au laser ILRIS-3D de la compagnie Optech Inc. Les données de terrain nécessaires à la validation ont été collectées manuellement sur plusieurs jours durant la même période. Les attributs mesurés sur terrain ou dérivés à partir de ces mesures comprennent : (i) la localisation des tiges, (ii) la hauteur des arbres, (iii) le diamètre à hauteur de poitrine (DHP), (iv) la densité des tiges et (v) le volume de bois. Ces mesures ont ensuite été comparées à celles qui ont été dérivées des données obtenues avec le système ILRIS-3D (i.e., les données du nuage de points lidar). Tous les attributs ont pu être mesurés ou dérivés à partir des données du radar optique lidar basé au sol. La hauteur moyenne des arbres a été légèrement sous-estimée à cause de l'effet d'ombrage du couvert et de la distribution sous-optimale de l'échantillonnage par balayage. Les estimations du volume de bois des deux places-échantillons sont en deçà de 7 % des estimations obtenues avec les données récoltées manuellement sur le terrain. La hauteur et le DHP des arbres peuvent être objectivement mesurés ou dérivés avec peu d'intervention manuelle. Cependant, la localisation et le dénombrement des tiges à partir du balayage constitué d'un nuage de points lidar nécessitent le recours à des données de validation sur le terrain et quelques interprétations subjectives, particulièrement pour les places-échantillons dans les peuplements feuillus à étages multiples. Dans l'ensemble, le radar optique lidar basé au sol est prometteur pour l'estimation objective et consistante des attributs forestiers, mais des efforts sont nécessaires pour raffiner et développer des techniques automatiques d'identification de certaines caractéristiques et d'extraction des données.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2004

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