Mapping Forest Regeneration from Terrestrial Laser Scans

Abstract Location, spread, abundance and density of forest regeneration are key factors in understanding forest dynamics as well as in operational management of uneven-aged stands. Simulation of forest growth, silviculture and planning of skid road networks require accurate and objective methods for locating forest regeneration. Terrestrial laser scanning has high potential for tree mapping, however, the development of automatic processing methods has been focused on mature trees so far. This study introduces an automatic procedure to locate individual trees with 3-6 meter height from terrestrial laser scanner data. The method has been validated on three sample quadrates representing different stand structures and it succeeded in detecting 79-90% of trees extracted manually from the point cloud. Out of the investigated stand features, stem density had the strongest impact on the performance, while branching intensity slightly affected the detection rate. The results highlight that terrestrial laser scanning has the ability for the quantitative evaluation of regeneration, providing a prospective tool for surveying forests of contiguous cover. Kivonat Erdei újulat térképezése földi lézeres letapogatás adataiból. Az erdei újulati foltok helye, kiterjedése, borítottsága és törzsszáma kulcsfontosságú tényezők az erdődinamikai folyamatok feltárásában és a többkorú faállományok kezelésében. A fatermési modellek előállítása, az üzemi gyakorlatban végzett erdőművelés valamint erdőfeltárás pontos és objektív módszereket kíván az újulat helyének meghatározására. A földi lézeres letapogatás kiválóan alkalmas törzstérképek előállítására, ám az adatok feldolgozásához szükséges eljárásokat eddig csak szálerdőkre fejlesztettek ki. A tanulmány olyan automatikus eljárást mutat be, ami 3-6 méter magasságú faegyedek lézeres letapogatás adataiból történő azonosítását teszi lehetővé. Három, különböző jellegű újulati foltban létesített mintaterületen a ponthalmaz vizuális interpretációjával azonosított törzsek 79-90%-át sikerült automatikus úton felismerni. Az eljárás teljesítményét a vizsgált állományjellemzők közül elsősorban a törzsszám befolyásolta, míg az ágak mennyiségének hatása elenyésző. Az elért eredmények rámutatnak, hogy a földi lézeres letapogatás alkalmas az újulat mennyiségének felmérésére, így a folyamatos borítású erdők leírásának ígéretes eszköze lehet.

[1]  H. Spiecker,et al.  EVALUATION AND FUTURE PROSPECTS OF TERRESTRIAL LASER SCANNING FOR STANDARDIZED FOREST INVENTORIES , 2004 .

[2]  H. Spiecker,et al.  AUTOMATIC DETERMINATION OF FOREST INVENTORY PARAMETERS USING TERRESTRIAL LASER SCANNING , 2003 .

[3]  Norbert Pfeifer,et al.  Structuring laser-scanned trees using 3D mathematical morphology , 2004 .

[4]  N. Pfeifer,et al.  AUTOMATIC RECONSTRUCTION OF SINGLE TREES FROM TERRESTRIAL LASER SCANNER DATA , 2004 .

[5]  Alexander Bucksch,et al.  Automated Detection of Branch Dimensions in Woody Skeletons of Fruit Tree Canopies , 2011 .

[6]  A. Bienert,et al.  TREE DETECTION AND DIAMETER ESTIMATIONS BY ANALYSIS OF FOREST TERRESTRIAL LASERSCANNER POINT CLOUDS , 2007 .

[7]  J. Holmgren,et al.  Estimation of stem attributes using a combination of terrestrial and airborne laser scanning , 2012, European Journal of Forest Research.

[8]  Richard A. Fournier,et al.  The structural and radiative consistency of three-dimensional tree reconstructions from terrestrial lidar , 2009 .

[9]  P. Radtke,et al.  Ground-based Laser Imaging for Assessing Three-dimensional Forest Canopy Structure , 2006 .

[10]  Brolly Gábor Béla.  Locating and parameter retrieval of individual trees from terrestrial laser scanner data , 2013 .

[11]  Thomas Udelhoven,et al.  The influence of scan mode and circle fitting on tree stem detection, stem diameter and volume extraction from terrestrial laser scans , 2013 .

[12]  Gábor Brolly,et al.  Algorithms for stem mapping by means of terrestrial laser scanning , 2009 .

[13]  Heinrich Spiecker,et al.  Algorithms for the Automatic Detection of Trees in Laser Scanner Data , 2004 .

[14]  Benjamin Koetz,et al.  Forest Canopy Gap Fraction From Terrestrial Laser Scanning , 2007, IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters.

[15]  Rangachar Kasturi,et al.  Machine vision , 1995 .

[16]  C. Hopkinson,et al.  Assessing forest metrics with a ground-based scanning lidar , 2004 .

[17]  Gábor Brolly,et al.  TREE HEIGHT ESTIMATION METHODS FOR TERRESTRIAL LASER SCANNING IN A FOREST RESERVE , 2007 .

[18]  Daniel Cohen-Or,et al.  Volume graphics , 1993, Computer.

[19]  Pete Watt,et al.  Measuring forest structure with terrestrial laser scanning , 2005 .