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 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 3
2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 4
Pro Silva 1989-ben Szlovéniában alapított európai erdészek szövetsége Természetes folyamatokra alapozott, tartamos erdőgazdálkodás 1. Az ökoszisztémák megőrzése; 2. A talaj és a klíma védelme; 3. A faanyag és más termékek termelése; 4. A rekreációs, közjóléti, kulturális lehetőségek nyújtása. 1999-ben Pro Silva Hungaria megalapítása 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 5
9,5 ha 1999-ben került kiválasztásra 2001-ben Pro Silva B (Bemutató terület) minősítés 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 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 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 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 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 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 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 9
2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 10
2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 11
A felmérés kivitelezése Riegl LMS-Z420i 2008.december és 2009.április Lombtalan állapot 76 (38) álláspont PiLine Kft. 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 12
A felmérés kivitelezése Kapcsoló- és illesztőpontok Riegl LMS-Z420i 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 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 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 14
Adatfeldolgozás Előfeldolgozás, relatív és abszolút tájékozás (PiLine Kft.) Felületmodellek (DDM és BFM) előállítása Törzstérképezés Modellezés 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 15
Előfeldolgozás, relatív és abszolút tájékozás Relatív tájékozás regisztrálás Kapcsolópontok alapján Pontfelhő-kényszer Abszolút tájékozás Illesztőpontok alapján Pontok színezése Fényképek alapján 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 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 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 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 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 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 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 19
Durva hibák I. Tölcsérek 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 20
Javítás a modell átfordításával 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 21
Javítás a modell átfordításával 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 22
Durva hibák II.- Körárkok Álláspontok környezetében Többnyire szabályos kör alakú Szisztematikus mérési hibák (kalibráció hiánya?) 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 23
Javítás a lejtés küszöbölésével 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 24
A végleges domborzatmodell 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 25
Lombkorona felületmodellje Aktív felületek módszere Fordított súlyfüggvény Lombkoronák magasságának közelítése 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 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 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 27
2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 28 Z Centre r i r i+1 df Törzstérképezés II. Szabad formájú poligon (SZFP) módszer 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)
Törzstérképezés III. Terepi ellenőrzés és javítás Fák ellenőrzése kivágott törzsek Fafajok terepi meghatározása Terepi adatgyűjtő Thales Mobile Mapper CE Papír-alapú 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 29
2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 30
2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 31
Törzstérképezés IV. Megvalósítási lépések 1. lépcső Továbbfejlesztett HS módszer Félautomatikus 2. lépcső SZFP módszere A pozíció és a D1,3 javítása 3. lépcső Fafajok azonosítása 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 32
2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 33
2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 34
Átmérők összehasonlítása CM Holdsarló FFP - SZFP Kör Henger G (m2) CM FFP Circle Cylinder Count 118 "8 118 Centre of the CM 118 circle 118 Average 0.2365 0.2091 Z Centre of the 0.2066 FFP 0.2092 S Centre of the LS circle Sum 25.0732 24.6718 Centre of the 24.3788 LS cylinder at BH 24.6909 Minimum "8 SZ 0.00769769 0.00781201 Crescent 0.01056832 Moon; D = 51.30.00723823 cm Maximum 0.55022561 0.52129926 LS Circle; 0.48274969 D = 52.4 cm 0.46566257 Std 0.1043 0.0931 LS cylinder at 0.0933 BH; D = 53.2 cm 0.0976 FFP; D = 52.2 cm var 0.0109 0.0087 0.0087 0.0095 20 0 20 40 Centimeters 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 35
Elegyarányok FAFAJ N EA (N) G EA (G) G db % m2 % m2/ha Ism 41 2.5% 7.98 3.1% 0.82 KST 41 2.5% 7.00 2.7% 0.72 KTT 301 18.1% 42.19 16.6% 4.33 B 965 57.9% 176.92 69.4% 18.15 GY 273 16.4% 15.70 6.2% 1.61 MK 39 2.3% 4.20 1.6% 0.43 CSNY 4 0.2% 0.75 0.3% 0.08 KFÜ 2 0.1% 0.10 0.0% 0.01 Összesen 1666 100.0% 254.84 100.0% 26.14 97489.84 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 36
Átmérő-eloszlás 300 250 200 G = 26.1 m 2 /ha Gyakoriság 150 Összes Bükk 100 50 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 D13 (cm) 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 37
Körlap-eloszlás 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 38
Borított felszín modellje 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 39
Faállomány-magasság 50 40 30 Min.: -0,07 m Max.: 42,04 m Átlag: 25,65 m Mód.: 30,47 m Magasság 20 COUNT 10 0 0 20 40 60 80 100 120 140-10 Gyakoriság 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 40
Záródás H Ter % - 4m 6 635 6.8% 4m - 90 856 93.2% Teljes 97 492 100.0% 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 41
További lehetőségek Törzstérképezés sűrű aljnövényzet esetében Törzsmodellezés Alakszám, fatérfogat Minőség 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 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 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 43
Törzsmodellezés Egyesfák fatérfogata 9.5 m 8.4 m v (0.1-10m) = 1.59926 m3 v (cylinder 1.3) = 1.71462 m3 f1.3 = 0.9327 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 44
Törzsmodellezés Minőség A SZFP középpontjai alapján Osztályok Egyenes Síkgörbe Térgörbe 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 45
Törzsmodellezés Minőségi osztályok fatérfogata n v Straight 69 91 km3 4.75% 2D curved 863 1401 km3 73.08% 3D curved 351 425 km3 22.17% Sum 1283 1917 km3 100.00% 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 46
Egyes fák magassága 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 47
További feladatok A feldolgozás automatizálása Relatív tájékozás természetes környezetben DDM előállítás Faállomány-paraméterek előállítása Modellezés Egyéb lehetőségek 2011.06.09 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 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 119-130 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, 2010.09.14-17. 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 Kutatás-fejlesztések a Pilisben, EIK 49
Köszönjük a figyelmet! Kérdés??? kiraly.geza@emk.nyme.hu gbrolly@emk.nyme.hu