Dokument: Photogrammetrie basierte Methode zur Inventarisierung von Eucalyptus-Wäldern in Uruguay auf der Basis einzelner Baumerfassungen
| Titel: | Photogrammetrie basierte Methode zur Inventarisierung von Eucalyptus-Wäldern in Uruguay auf der Basis einzelner Baumerfassungen | |||||||
| Weiterer Titel: | Photogrammetry-based method for inventorying Eucalyptus forests in Uruguay based on individual tree detection surveys. | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=59270 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20220419-130743-7 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Dr. Ponce de León Capurro, Facundo [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Univ.-Prof. Dr.rer.nat.habil. a.D. Ekkehard Jordan [Gutachter] Univ.-Prof. Dr.rer.nat.habil. Stefan Conrad [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 550 Geowissenschaften | |||||||
| Beschreibungen: | Die vorliegende Arbeit stellt einen neuen ITD (Individual Tree Detection)-Ansatz zur Erfassung von Holzvolumen, Biomasse und gespeicherten Kohlenstoff der einzelnen Bäume in Eucalyptus-Forsten in Uruguay dar.
Eine Befliegung über einem 10-jährigen Eucalyptus grandis Wald wurde durchgeführt. Das Kronendach wurde durch automatische Bildzuordnung mit extrem niedrigen Korrelationskoeffizienten in den R-, G- und B-Kanälen bestimmt. Die drei generierten Punktwolken wurden zusammengeführt und ein Kronenhöhenmodell daraus interpoliert. Eine Reihenfolge mathematischer Operationen zwischen den drei Farbkanälen wurde generiert, die eine radiometrische Trennung der abgebildeten Baumkronen vom Rest der Landschaft ermöglichte. Auf dieser Basis wurde eine binäre Orthofotomaske generiert. Die Oberfläche der einzelnen Kronen wurde leicht reduziert. Die Maske wurde auf die Punktwolke des gesamten stereokorrelierten Gebietes angewendet. Dadurch entstanden individuelle inselartige Punktwolken, welche ausschließlich die Kronen beschreiben. Punkte zwischen den Kronen und auf den Kronenrändern wurden so beseitigt. Das Lokal-Maximum (LM) jeder einzelnen Wolke entspricht der Höhe der Baumspitzen und wurde mit einer normierten mittlere absolute Abweichung (NMAD) von 0,22 m und einem 95 %-Konfidenz linealen Fehler (LE95) von 0,46 m abgeschätzt. Die Bodenhöhe unter dem Kronendach wurde auf der Basis einer Befliegungen aus dem Jahr 1968 modelliert, als das Gelände baumlos war. Die Erdfläche wurde so mit einer NMAD von 0,41 m und einem LE95 von 0,97 m bestimmt. Die bekannte Position des Fußes und der Spitze eines jeden Baumes erlaubte die Berechnung ihrer Höhe mit einer SZ von 1,15 m. Auf der Basis der Höhe wurden durch Regressionsmodelle Holzvolumen, Biomasse und der gespeicherte Kohlenstoff jedes Baumes festgestellt. Die Unsicherheit, die die Qualität der angewandten Regressionsmodelle beeinträchtigt, konnte nicht festgestellt werden, da es nicht möglich war Zutritt zum Gelände zu erhalten, um die dafür nötigen Messungen durchzuführen. Die Unsicherheit dieser Berechnungen, der auf die Unsicherheit der früheren Ermittlungen vom Baumfuß- und Baumspitzenhöhe zurückzuführen ist, wurde mit 8,2 bis 8,4 % abgeschätzt. Die individuelle Erfassung und Verortung der Bäume ermöglicht eine gezielte Auswahl der Individuen für die Züchtung und für die Verarbeitung im Sägewerk. Die hierbei erreichte Genauigkeit ist höher als die der traditionellen Stichprobenahme und Inferenz-basierten Systeme. Dies erlaubt u.a. die Zertifizierung eines höheren Anteils des im Bestand gespeicherten Kohlenstoffes im Falle, dass CO2-Emissionsrechten generiert werden sollen. Der Ansatz wurde auf der Basis einer Befliegung mit einer Rollei metric P 20 Mittelformatkamera ohne Stabilisierungsplattform und ohne IMU- und kinematische GNSS-System entwickelt. Diese Ausrüstung nimmt wenig Platz ein, ist einfach zu transportieren und kann sogar in den kleinsten zivilen Flugzeugen montiert werden, wodurch eine relativ große Einsatzflexibilität erreicht und ein günstiges Kosten/Leistungs-Verhältnis erzielt wird. Der Ansatz sollte aber auch für größere und komplett ausgerüstete Luftbildaufnahmesysteme geeignet sein, womit noch bessere Ergebnisse erwartet werden können.This work presents a new ITD (Individual Tree Detection) approach to assess wood volume, biomass, and stored carbon of individual trees in Eucalyptus plantations in Uruguay. An aerial survey was conducted over a 10-year-old Eucalyptus grandis forest. The canopy height was determined by image matching in the R, G, and B channels using extremely low correlation coefficients. The three generated point clouds were merged and a canopy height model was interpolated from them. A sequence of mathematical operations between the three color channels was generated that allowed the radiometric separation of the imaged tree crowns from the rest of the landscape. On this basis, a binary orthophotomask was generated and applied to the DSM. This produced individual island-like point clouds corresponding to the crown heights. The Local Maxima (LM) of each individual cloud was computed, resulting in all tree tops being determined. Their XYZ coordinates were assigned with normalized mean absolute deviation (NMAD) of 0.22 m and a lineal error at 95 % confidence (LE95) of 0.46 m. The ground surface under the canopy was modeled based on a 1968 aerial survey when the site was treeless. The height of the bare ground in the stand was thereby determined with normalized mean absolute deviation (NMAD) of 0.41 m and a lineal error at 95 % confidence (LE95) of 0.97 m. The known elevation of the foot and top of each tree allowed their height to be calculated with an SZ of 1.15 m. Based on the height, wood volume, biomass, and stored carbon of each tree were determined by regression models. The uncertainty affecting the quality of the applied regression models could not be determined, since it was not possible to gain access to the site to make the necessary measurements. The uncertainty of the previous determinations of the tree base and top height was estimated to 8.2 up to 8.4 %. The individual detection and location of the trees allows a targeted selection of individuals for breeding or for processing in the sawmill. The accuracy achieved in this process is higher than that of traditional sampling and inference-based systems. This allows, among other things, the certification of a higher proportion of the carbon stored in the stand in case CO2 emission credits are to be generated. The approach was developed based on an aerial survey using a Rollei metric P 20 medium format camera without stabilized platform and without IMU and kinematic GNSS systems. This equipment takes up little space, is easy to transport, and can be mounted in even the smallest civil aircraft, providing relatively high mission flexibility and a favorable cost/performance ratio. However, the approach should also be suitable for larger and fully equipped aerial imaging systems, where even better results can be expected. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Geographie » Physische Geographie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 19.04.2022 | |||||||
| Dateien geändert am: | 19.04.2022 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 02.12.2021 | |||||||
| Datum der Promotion: | 18.02.2022 |
