Földi lézeres letapogatás feldolgozása a Mexikópusztai Pro Silva bemutató területen

Földi lézeres letapogatás feldolgozása a Mexikópusztai Pro Silva bemutató területen Király Géza – Brolly Gábor Nyugat-magyarországi Egyetem Erdőmérnöki Kar Geomatikai, Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Intézet Földmérési és Távérzékelési Tanszék

Vázlat • • • • • •

Előzmények A terület bemutatása A felmérés előkészítése A felmérés kivitelezése A felmérés feldolgozása További lehetőségek

2011.06.09

Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK

2

Előzmények • OTKA T 048999: Digitális fotogrammetriai kutatások az erdészet területén 2005-2008 • Hidegvíz-völgy erdőrezervátum – Király et al. 2007 – Király – Brolly 2008 – Brolly – Király 2009

• Szentesi Levente, Csépányi Péter, Kálmán Miklós 2011.06.09


3

2011.06.09


4

Pro Silva • •

1989-ben Szlovéniában alapított európai erdészek szövetsége Természetes folyamatokra alapozott, tartamos erdőgazdálkodás 1. 2. 3. 4.

•

Az ökoszisztémák megőrzése; A talaj és a klíma védelme; A faanyag és más termékek termelése; A rekreációs, közjóléti, kulturális lehetőségek nyújtása.

1999-ben Pro Silva Hungaria megalapítása

2011.06.09


5

ha 1999-ben került kiválasztásra 2001-ben Pro Silva B (Bemutató terület) minősítés 9,5

2011.06.09


6

Faállomány-szerkezet • Felső koronaszint ~100 éves – Bükk (Fagus silvatica) – Tölgy (Qercus petraea és Q. robur)

• Alsó szint – Gyertyán (Carpinus betulus)

• Újulati szint – Bükk (Fagus silvatica) – Tölgy (Qercus petraea és Q. robur) 2011.06.09


7

A földi lézeres letapogatás célja Az erdő komplexitásának növekedésével a következők válnak egyre szükségesebbé: • A jelen állapot térben részletes felmérése, – Domborzatmodell – Törzstérkép – Faállomány-szerkezet

• Hosszútávú vizsgálatok megalapozása, • A napi gazdálkodás tervezésének segítése. 2011.06.09


8

A felmérés előkészítése • • • • •

Geodéziai felmérés 3 GNSS alappont Sokszögelés az alappontok között Lézeres felmérés pontjainak kitűzése Síkrajzi felmérés elvégzése

• Kiss Boglárka (2009): Geodéziai előkészítő munkálatok lézeres felméréshez a Pilisszentlélek 25A Pro Silva Bemutató Területen. Diplomaterv 2011.06.09


9

2011.06.09


10

2011.06.09


11

A felmérés kivitelezése • Riegl LMS-Z420i • 2008.december és 2009.április • Lombtalan állapot • 76 (38) álláspont • PiLine Kft. 2011.06.09


12

A felmérés kivitelezése

Riegl LMS-Z420i

Kapcsoló- és illesztőpontok

2011.06.09


13

Az eredmény ponthalmaz • ~ 360 Millió pont • A 76 álláspont felvételeinek transzformálása közös koordinátarendszerbe • A terep és a vegetáció pontjai nem különíthetők el

2011.06.09


14

Adatfeldolgozás • Előfeldolgozás, relatív és abszolút tájékozás (PiLine Kft.) • Felületmodellek (DDM és BFM) előállítása • Törzstérképezés • Modellezés

2011.06.09


15

Előfeldolgozás, relatív és abszolút tájékozás • Relatív tájékozás – regisztrálás – Kapcsolópontok alapján – Pontfelhő-kényszer

• Abszolút tájékozás – Illesztőpontok alapján

• Pontok színezése – Fényképek alapján

2011.06.09


16

Domborzatmodell előállítása • Funkciói – Földfelszín magassági viszonyainak leírása – Növényzet magasságának referenciaszintje – A növényzet pontjainak elkülönítése

• Lépései – Tereppontok leválogatása (szűrése) – Tereppontok közbesítése (approximációja)

2011.06.09


17

Tereppontok leválogatása • Alapja: Adott méretű környezetben a pontok relatív magassági viszonyai • Hipotézis: A pontcsoporton belül a legmélyebben található pontok tereppontok • Nehezítő tényezők – – – –

Meredek lejtők Növényzet takarása Teljes adattömeg …

• Különböző módszerek kipróbálása – Iteratív minimum szűrő görbületi küszöböléssel (Király, Brolly 2007) – Progresszív háromszögháló-sűrítés (Axelsson, 2000) 2011.06.09


18

Feldolgozás • TreesVis – Rendkívül gyors – Jó memóriakezelés – Aktív felületek módszere (Elmqvist et al., 2001)

• Minden mért pont a lokális magassága alapján súlyszámot kap • Rugalmas lemez modellje – A pontok a súlyuk szerint vonzzák a lemezt  A mélyebb pontok alakítják leginkább a lemezt – A lemez rugalmassága korlátozza a deformáció mértékét  sima lefutású felület 2011.06.09


19

Durva hibák I. – Tölcsérek

2011.06.09


20

Javítás a modell „átfordításával”

2011.06.09


21

Javítás a modell „átfordításával”

2011.06.09


22

Durva hibák II.- „Körárkok” • Álláspontok környezetében • Többnyire szabályos kör alakú • Szisztematikus mérési hibák (kalibráció hiánya?)

2011.06.09


23

Javítás a lejtés küszöbölésével

2011.06.09


24

A végleges domborzatmodell

2011.06.09


25

Lombkorona felületmodellje • Aktív felületek módszere • Fordított súlyfüggvény • Lombkoronák magasságának közelítése

2011.06.09


26

Törzstérképezés I. Holdsarló (HS) módszer • Mellmagassági (1,25-1,35 m) pontok leválogatása • Egy álláspontból ~szabályos holdsarló (HS) alak • Kör illesztése a minimum, az átlagos és a maximális vízszintes szögű pontok átlagára

Hiv.: Király et al. (2007) 2011.06.09


27

Törzstérképezés II. Szabad formájú poligon (SZFP) módszer

#

#

#

#

# #

# #

# # #

# ## #

#

#

#

#

#

#

# #

#

## #

#

# #

# #

#

#

# # # # # # #

# # # #

# #

# ##

#

#

#

# #

#

# # #

#

##

# ## # # # #

## # # # # # ## #

##

# #

# #

#

# #

# #

#

#

# ##

#

# #

# # #

#

# #

#

# #

# ##

#

#

#

#

#

# #

# # # # # ## # # # # ## # # # ## # # # # # ## # # # ## # ## # # # # # ## # # # # ## ## # ## # ## ## # # # # # # ## # # # # ## ## ## # # # ## # ## # # # # # # # # # # ## ## # ## # # # # ## # # # # # # ## # ## # # # # # # # ## # # # # # # ## ## # # # ### # ### # ## # # # # # ## # # # # ## # # # ## # # # # ## # # # # ## ## # ## # # # # # ## # # # ## # # # # ## ## # ## # # # # # ## ## # # ## # # # # # ## ## # # # ## # # # # # # ### # # # # # ## # # # ## # # ## # # # ### # ## # # # ## # # # # # # # ## # # # # # # # # # ## # # # # ## # ## # # ## ## ### ## ## # # ## ## # # # ## # # ## # ## # # ## ## # # ## # # # # # # # # # ##### # ## # ## # ## # ## # # ### ## # # ## # ## # # ## # ## ## ## ## ## ## #### ## ### ## # # # # # ## # # # # ## ### # # # # # ## # # # # # # # # ## ## # # # ### # ## ##### # ## # # ## ## # # # ### # # # # # # # # ## # # # # # # # # ## # # # # # # ### ## # # # # ## # # ## # # # # # ### # ## # ## ### # # ### # # ### # # # # ## # ### # # ## # # # # ## # ## # # # ## # # # # # # # ## # # # # # ## # # # # # # # # ## # # ## #### # ## ### # # # # # # # # # # # # # ## # # ### # ## ## ### ## # ## # ## # # # # # ## # # ## # # # ## # ### ## # # # # # # ## ## # ## ## ## # # ## # # ## # # # # ## # # # # ## # ## # # # # ## # # # ## # # # ### # ## ## # ## # ## # # ## # # ## # ## # # ## # # # ## # # # # ## ## # ### # # # # # ### # ## # # ## # # ## # # # ## # ## ## # # ## # # # # # ## # # ## # # ### # # # # # ## ## # ## # # # ## ### # ## # ### # # # ## # # ## # ## # # ## ## # ## # # # # # # # ## # # ## # # ## ## # # ## # # # # # ### # # # # ## # # ## ## # ## # # ## ## ## # # # # # # # # # ## ## # ## # ## # ## ## # ## # # # # # # # ### # # # ## ## # # # ## # # ### # # # # # ## ## # # # # # # ### # ## # ## # # # # ## # # # # # # # # ## # # # # ## # ## # # # ## # ## # ### # ## ## # # ### # #### # # ## ### # # ### # ## # # ## # # # # # ## # # # # # # # # # ## ## # # ## ## # # # # # # ## # ## # ## # # # ## # ## # # # #### ### # # # ## # # # ## # # # # # ## # # # # # # # ## ## ## ## ## # ## ## # ## # # # # ## # # ## # # # # # # ## ## # # # ### # # # ## # # # ## # # # ## # # ## ## ### ## # # # # ## ## # # ## ## # # # # # # # # ## ## # ## # # ### # # # # # # ## # ## # # # # # # ## # ### # # # # # # # # # ## # # # # # # # # # # # ## # # ## # ## # # ## # # # # # ## # # ## # # # # # # # ## # ## # # # # ## ## ### # # # # # ## ## # # ## # ## # # # # # # ## # # ## # ## # ## ## # # # # # # ## # # # # # # # # # # # ## # # # ## # # # ## # # # # # ## # # # # # ## # # # ## ## # # # ## # # # # ## ## # # # # # # # # ## # # # # ## # # # # ## # ## ## ## # # # # ## # # ## ## ## ## # # # # ## # ## # # # # # # ## # ## # # ## ## # ## # # # ## # # # # ## # # # # ### # # # ## # # # ## # ## # # ### # # # ## ## # # ## # # # # ## # # # ## # # ## # ## # # # ## # # # # ## # # # # ## # # ## # ## # # ### # # ## # # ## ## # ## # # # ## # # ## # # # # # # # ## ## # # # # ## # ## ## # ## # # # # # # ### # # ## # # # # # ## # # # # # # # # # ## # # # # ### ## # # # # # ## # # # # ## # # # # ## # # # # ### # ### ### # ## # ## # # # # # # # # ## # # # # # ## # # # ## # # ## ## ## ## ## ## # # # # # # ## ## # # ## # # # # # ## # # ## # # # # # # # # ## # # # # # ## # # ## # # # ## # ## # ## #### # # # # ## # # # # # # # ## # ## # # # ## # ## ## # # ## ### # # # # # # # # # # # # ## ## # # ## ## # ## # ## # ### # # # ## # # # # # # # ## # # ## ## # # # # # ## ### # ## # # ## # ## # # # # # # # # # # ## # # ## ## # # # ## # # # # # # # # # # ## # # # ## ## # # # ## # # # # # ### # ## ## ## # # # # # # # ## # ### # ## # # # # # ### # ## # # ### # # # ## ## ## # # ## # # # ### # # # # # # ## # # # # # # # ## # # # # ### # ## # ## # # # ## # ### # # ## # ## ## ## # # # # # # ## ## # ### ## # # # # # ## ## # # # # ## # ## # # # ## # # # # # ## ## # # ## # ## # # # ## # # ## # # ## # # # # # # # # # ## ## # # # # # # # # # ## # # # # # ### ## # # # ## # # # # # # # # # # ## # # ## # ## # # ### ## # # ## # ## # # # # # # # # # # # ## # # # # # # # # # # #


#

#

dF

Centre Z

#

#

#

#

# #

ri+1

2011.06.09

#

#

ri

• A HS módszer illesztett körei alapján, • A pontokat kiválasztjuk, megszámláljuk és a vízszintes szög alapján sorba rendezzük • Meghatározzuk a határértékeket • A középponttól való távolságot mindig újraszámoljuk a pontok alapján • Kialakítjuk a szabad formájú poligonokat (SZFP)

# #

# #

# #

# # #

#

# #

# # #

#

# # #

# #

#

#

# ##

#

#

# ##

# # # # # ## # # ## # # # # ## # # # # #

# #

#

#

#

# # #

#

#

# #

#

# #

# #

#

# #

#

#

#

# #

# # #

## #

#

# # #

#

# # #

#

# ## # # # # # # # # #

# # #

# #

# #

#

#

Hiv.: Király, Brolly (2010) 28

Törzstérképezés III. Terepi ellenőrzés és javítás • Fák ellenőrzése – kivágott törzsek • Fafajok terepi meghatározása • Terepi adatgyűjtő – Thales Mobile Mapper CE • Papír-alapú 2011.06.09


29

2011.06.09


30

2011.06.09


31

Törzstérképezés IV. Megvalósítási lépések 1. lépcső –

Továbbfejlesztett HS módszer – Félautomatikus

2. lépcső – –

SZFP módszere A pozíció és a D1,3 javítása

3. lépcső – 2011.06.09

Fafajok azonosítása Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK

32

2011.06.09


33

2011.06.09


34

Átmérők összehasonlítása • • • •

CM – Holdsarló FFP - SZFP Kör G (m2) Count Henger Average # #

#

# #

#

#

#

#

# # ##

#

# #

# #

CM

FFP

Circle

Cylinder

#

118 118 Centre of the CM 118 circle 8 118 " Z Centre of the0.2066 FFP 0.2365 0.2091 0.2092 S Centre of the LS circle # Sum 25.0732 24.6718 24.3788 24.6909 # · Centre of the LS cylinder at BH Minimum # 0.01056832 Crescent Moon; D = 51.30.00723823 cm Z S0.00769769 0.00781201 # 8· " LS Circle; D = 52.4 cm 0.46566257 Maximum 0.55022561 0.52129926 0.48274969 LS cylinder at0.0933 BH; D = 53.2 cm 0.0976 Std 0.1043 0.0931 FFP; D = 52.2 cm var 0.0109 0.0087 0.0087 0.0095

# ## # ## #

##

#

# ##

# # ### # # # ## #

## ###### ## # ## ## ### # ### # # # # ## #

#

# # ### # # ## # ## # ## # # # ## ### # # ######## # # ## # # # ## # # # ## ## ## # ## # # #### # ## # # ## ## ## # ## ### ## #### ### # ## # # ### # ## # ## ## # ## ## # # # #### ## # #### #### ### ##### # # ## # # ## # ### ##### # ## # # # ### # # # ##### # # ### # # ## ### # ### #### # # # ## # ## # # #### ## ## #### ## #### ### ## ### # # #### ## ### # # ## ## # #### ## ### # # # ###### # ### # #### ## # # # # #### # # # ### ## ## ### # # # ### ## # # # ##### # ## ## ## ## ##### ###### # # # # # # # # ### ###### # # ## # # ### # # # ## # # ## ### # # ### ### #### ## # ### #### # # ## ## #### #### # # # # # ## #### ### # ###### ### # # ## ###### ### # #### ### #### ## # ## # # #### ### # #### # ## ## # # # #### ###### ## # ########### # # # ### ## # #### ### # ### # # ### # # # # ### # # ############### # # ## ## ## ##### # ## # # ###### ## ## ## ### # # ####### # ###### ## # ## #### ## # ## ##### # # ### # # # # # # # # # ## # # # # # # # ######## ## ### ## ### # # # ######## ### ## # # # ## ### ## ## ### ## # ##### # ## ## # # # ##### ## #### # ## # # ##### # ## # # # ## # # # ### ###### ##### ## ### # # # ## ## #### # # ## # # # ####### ##### ########## # # ## ## ##### ## ##### #### ## # #### # ## # ## ### # ## # ## # # ## ### ## ## # ## # # ## # # # ## ## #### ## # ## ## # # # # # # # # # # # # # # # # # #### ############## ###### # ### # # ### ## # ####### # ## ## ## # ## ## ## # ## # ######## ## ## ## ## # # ### # ##### ##### ####### # # # # ## ##### ### ####### ## # ## # ## # # ## # # # # # # # ## # # # # #### # ### # ###### # # # #### # # # ##### ####### # # ## ### # ### #### ### # #### # ### ## # ## ### ## # # #### ### ### #### # # # # # #### ## ## ### #### ### # # # # #### ## # # #### # ## ### ## ## ### # # # # # # # ###### #### ## # ##### ### # ###### # # # #### ############ ### # ## # ## # # # ### ######### # ## #### ## ## ## ###### # ## # ##### ######## # ### ## # ## ### ### # ## # ###### ###### ############# # ###### # # #### ##### ##### ### #### ## ### # # ### ##### ## # ### ####### ##### # # ## # ### ###### # # # ## # # ## # # # # # # # # # # # #

#

# # # ## # #

20

2011.06.09

#

#

#

0

#

20


40 Centimeters

35

Elegyarányok FAFAJ

N db

Ism KST KTT B GY MK CSNY KFÜ Összesen

41 41 301 965 273 39 4 2 1666

2011.06.09

EA (N) G EA (G) G % m2 % m2/ha 2.5% 7.98 3.1% 0.82 2.5% 7.00 2.7% 0.72 18.1% 42.19 16.6% 4.33 57.9% 176.92 69.4% 18.15 16.4% 15.70 6.2% 1.61 2.3% 4.20 1.6% 0.43 0.2% 0.75 0.3% 0.08 0.1% 0.10 0.0% 0.01 100.0% 254.84 100.0% 26.14 97489.84 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK

36

Átmérő-eloszlás 300

250

• G = 26.1 m2/ha Gyakoriság

200

Összes Bükk

150

100

50

0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

D13 (cm)

2011.06.09


37

Körlap-eloszlás

2011.06.09


38

Borított felszín modellje

2011.06.09


39

Faállomány-magasság 50

Min.: -0,07 m Max.: 42,04 m

40

Átlag: 25,65 m

Magasság

30

Mód.: 30,47 m

20

COUNT

10

0 0

20

40

60

80

100

120

140

-10 Gyakoriság

2011.06.09


40

Záródás

H - 4m 4m Teljes 2011.06.09

Ter

% 6 635 90 856 97 492

6.8% 93.2% 100.0%


41

További lehetőségek • Törzstérképezés sűrű aljnövényzet esetében • Törzsmodellezés – Alakszám, fatérfogat – Minőség

2011.06.09


42

Algoritmus fejlesztése törzsek kimutatására aljnövényzet jelenlétében •

•

•

Célok – Megoldani a törzsek automatikus térképezését (pozíció és mellmagassági átmérő) aljnövényzettel fedett területeken is – Minden felmérési álláspont adatának egyesített feldolgozása Működés, jellemzők – Aljnövényzet pontjainak hatékony szűrése – Mérési zajok mellett is megbízható törzsfelismerési eljárás – Objektum-orientált megközelítés Eredmény – A módszer jelenlegi állapotában a ProSilva mintaterületen található, 10 cm átmérő feletti törzsek ~ 2/3-át tudja automatikusan kimutatni Brolly G., Király G. (2010) Brolly G., Király G. (2011) 2011.06.09


43

Törzsmodellezés Egyesfák fatérfogata 9.5 m

8.4 m v (0.1-10m) = v (cylinder 1.3) = f1.3 = 2011.06.09

1.59926 m3 1.71462 m3 0.9327 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK

44

Törzsmodellezés Minőség • A SZFP középpontjai alapján • Osztályok – Egyenes – Síkgörbe – Térgörbe

2011.06.09


45

Törzsmodellezés Minőségi osztályok fatérfogata

n Straight 69 2D curved 863 3D curved 351 Sum 1283

2011.06.09

v 91 1401 425 1917

km3 km3 km3 km3

4.75% 73.08% 22.17% 100.00%


46

Egyes fák magassága

2011.06.09


47

További feladatok • A feldolgozás automatizálása – – – –

Relatív tájékozás természetes környezetben DDM előállítás Faállomány-paraméterek előállítása Modellezés

• Egyéb lehetőségek

2011.06.09


48

Hivatkozások • • • • • • • •

Márkus I. – Király G et al (2008): Digitális fotogrammetriai kutatások az erdészet területén. OTKA T 048999. Kutatási zárójelentés Király Géza – Brolly Gábor – Márkus István (2007): Földi lézerszkennelés alkalmazása egyes fák vizsgálatára. In Geomatikai Közlemények X. MTA GGKI, Sopron, 2007. pp. 241-250. G. Király – G. Brolly (2008): Modelling single trees from terrestrial laser scanning data in a forest reserve. In The Photogrammetric Journal of Finland. Vol. 21 No. 1. Helsinki, 2008. pp 37-50. G. Brolly – G. Király (2009): Algorithms for Stem Mapping by Means of Terrestrial Laser Scanning. In Acta Silvatica Et Lignaria Hungarica Vol 5. Sopron, 2009. pp 119130 Kiss Boglárka (2009): Geodéziai előkészítő munkálatok lézeres felméréshez a Pilisszentlélek 25A Pro Silva Bemutató Területen. Diplomaterv Király, G. – Brolly, G. (2010): Volume calculations of single trees based on terrestrial laser scanning. In Proceedings of SilviLaser 2010 Conference, Freiburg, 2010.09.1417. p 12. Brolly, G. – Király, G. (2010): Algorithm for individual stem mapping from terrestrial laser scanning data. In Proceedings of SilviLaser 2010 Conference, Freiburg, 2010.09.14-17. p 16. Brolly G., Király G. (2011): Törzstérképezés földi lézerszkennelés adatainak objektum-orientált feldolgozásával. Elküldve: Geomatikai Közlemények

2011.06.09


49

Köszönjük a figyelmet! Kérdés??? [email protected] [email protected]

Földi lézeres letapogatás feldolgozása a Mexikópusztai Pro Silva bemutató területen

Recommend Documents