Detekce a dokumentace objektů v lesích pomocí bezpilotního leteckého laserového skenování

Ing. Nikola Žižlavská

Disertační práce

Detection and documentation of objects in forests using Unmanned Laser Scanning

Anotace:

Tato disertační práce se zabývá využitím metod dálkového průzkumu Země (DPZ) a geoinformačních technologií pro 3D modelování a analýzu lesního prostředí, se zaměřením na přesnou parametrizaci reliéfu a vegetační struktury v kontextu moderní hospodářské úpravy lesů. Práce je rozdělena na teoretickou a aplikační část, kterou tvoří pět vědeckých studií pokrývajících široké spektrum aplikací – od nedestruktivní dokumentace kulturního dědictví pod lesním zápojem, přes optimalizaci těžební logistiky, až po monitoring lesních disturbancí a analýzu hydrologických a mikroklimatických procesů determinovaných topografií terénu. V rámci výzkumu byla využita široká škála senzorů, od leteckého laserového skenování (ALS), přes bezpilotní laserové skenování (ULS), až po UAV fotogrammetrii. Technická část práce hodnotí možnosti a limity těchto metod s důrazem na schopnost laserového paprsku penetrovat korunový zápoj, což je klíčové pro tvorbu přesných digitálních modelů terénu (DMT) v zapojených lesních porostech. Práce dále řeší optimalizaci postupů zpracování bodových mračen, včetně aplikace pokročilých klasifikačních algoritmů a geomorfometrických indexů (TPI, TRI, MRVBF), s cílem dosáhnout objektivních a opakovatelných výsledků v různých morfologických podmínkách. Získané výsledky poukazují na zásadní význam prostorového rozlišení a geometrické věrnosti vstupních dat pro kvalitu následných analytických výstupů. Disertační práce přináší originální poznatky o vlivu vegetační doby na přesnost modelování reliéfu a o interakcích mezi stromovou vegetací jakožto hydrologickým uzlem a topografií svahu. Práce rovněž poskytuje metodologická doporučení pro efektivní integraci DPZ do hospodářsko-úpravnického plánování, která umožňují nahradit subjektivní terénní odhady přesnými měřitelnými prostorovými modely, čímž zásadně přispívají k udržitelnému managementu lesních ekosystémů.

Abstract:

This dissertation focuses on the application of remote sensing methods and geoinformation technologies for 3D modelling and analysis of forest environments, focusing on the precise parameterization of terrain and vegetation structure in the context of modern forest management. The thesis is divided into an application section containing five scientific studies covering a broad spectrum of applications—from the non-destructive documentation of cultural heritage sites hidden beneath the forest canopy and the optimization of timber extraction logistics to the monitoring of forest disturbances and the analysis of hydrological and microclimatic processes determined by terrain topography. The research utilized a wide array of sensors, ranging from Airborne Laser Scanning (ALS) and Unmanned Laser Scanning (ULS) to UAV photogrammetry. The technical section evaluates the capabilities and limitations of these methods, emphasizing the laser beam's ability to penetrate the forest canopy, which is critical for generating precise Digital Terrain Models (DTMs) in closed-canopy forest stands. Furthermore, the work addresses the optimization of point cloud processing workflows, including the application of advanced classification algorithms and geomorphometric indices (TPI, TRI, MRVBF), aimed at achieving objective and reproducible results across varying morphological conditions. The results highlight the fundamental importance of spatial resolution and geometric fidelity of input data for the quality of subsequent analytical outputs. This dissertation provides original insights into the influence of vegetation phenology on the accuracy of terrain modelling and the interactions between tree vegetation, acting as a hydrological node, and slope topography. Additionally, the thesis offers methodological recommendations for the effective integration of remote sensing into forest management planning, enabling the replacement of subjective field estimates with precise, measurable spatial models, thereby significantly contributing to the sustainable management of forest ecosystems.

Klíčová slova

laserové skenování (LiDAR), UAV fotogrammetrie, Dálkový průzkum Země, digitální model terénu, geomorfometrická analýza, hospodářská úprava lesů, precizní lesnictví

Keywords

precision forestry, Remote sensing, LiDAR (Light Detection and Ranging), UAV photogrammetry, Digital Terrain Model (DTM), geomorphometric analysis, forest management

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 23. 7. 2026

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. Ing. Tomáš Mikita, Ph.D.
• Oponent: Ján Tuček, externi, Karel Kuželka, externi, Michal KAčmařík, externi

Mendelova univerzita v Brně

Lesnická a dřevařská fakulta

Doktorský studijní program:
Hospodářská úprava lesa