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Measuring individual tree height using a combination of stereophotogrammetry and lidar

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Abstract:

Photogrammetric methods using parallaxes can be employed to measure tree heights on aerial photographs. Because it is often impossible to measure ground elevation near trees growing in dense forests, such height measurements remain prone to error. Our objective was to solve this problem by combining a stereomodel and a digital terrain model (DTM) produced by an airborne-scanning system that uses light detection and ranging (lidar). A stereopair of scanned aerial photographs was first registered to a lidar DTM. The elevation of the apex of 202 Thuja occidentalis (L.) individuals was measured by an observer on a digital photogrammetric workstation. The tree base elevations were read from the lidar DTM and subtracted from the corresponding apex elevations to calculate individual tree heights. These were then compared with the heights measured in the field. The average photo-lidar bias was 0.59 m, and the average deviation of 1.01 m decreased to 0.88 m when the bias was removed. It was demonstrated that the photographic clearness of the tree apices influences the height error, while the density of the lidar echoes under the forest canopy does not. Using this method, retrospective studies of changes in tree height become feasible by using archived aerial photographs and recent lidar DTMs.

Des méthodes photogrammétriques utilisant la parallaxe peuvent être employées afin de mesurer la hauteur des arbres sur des photographies aériennes. Parce qu'il est souvent impossible de mesurer l'altitude du terrain près des arbres en forêt dense, de telles mesures de hauteur demeurent toutefois sujettes à erreur. Notre objectif était de résoudre ce problème en combinant un stéréo-modèle et un modèle numérique de terrain (MNT) produit par un système aéroporté à balayage qui utilise le lidar (détection et télémétrie par la lumière). Un couple de photographies aériennes stéréoscopiques scannées a d'abord été calé sur un MNT lidar. L'altitude de l'extrémité de la cime de 202 Thuja occidentalis (L.) a été mesurée par un observateur en utilisant un affichage stéréoscopique et des lunettes à obturation par cristaux liquides. L'altitude de la base des arbres a été lue sur le MNT lidar et soustraite de l'altitude des cimes correspondantes afin de calculer la hauteur de chaque arbre. Celle-ci a été comparé à la hauteur mesurée sur le terrain. Le biais moyen de cette méthode était de 0,59 m et l'écart moyen a été réduit de 1,01 à 0,88 m apres avoir éliminé le biais. Il a été démontré que la netteté photographique du sommet des arbres influence la précision de la méthode, alors que la densité des échos lidar au sol sous le couvert est sans effet. Avec cette méthode, des études rétrospectives sur les changements dans la hauteur des arbres deviennent possibles en utilisant des photographies aériennes d'archive et des MNT lidar récents.

Document Type: Research Article

Publication date: 2004-10-01

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  • Published since 1971, this monthly journal features articles, reviews, notes and commentaries on all aspects of forest science, including biometrics and mensuration, conservation, disturbance, ecology, economics, entomology, fire, genetics, management, operations, pathology, physiology, policy, remote sensing, social science, soil, silviculture, wildlife and wood science, contributed by internationally respected scientists. It also publishes special issues dedicated to a topic of current interest.
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