Vyhodnocení vlivu trajektorie mobilního pozemního laserového skenování na kvalitu 3D rekonstrukce kmenů stromů

Bc. Jakub Trepeš

Master's thesis

Evaluation of the effect of the trajectory on the quality of 3D reconstruction of forest tree stems using mobile terrestrial laser scanning

Abstract:

V této diplomové práci byl zkoumán vliv trajektorie mobilního laserového skenování na kvalitu 3D rekonstrukce kmenů stromů. Bylo porovnáváno celkem 7 trajektorií na 4 strukturově odlišných plochách s důrazem na porosty strukturově bohaté. Každá z těchto ploch měla rozlohu 1000 m2. Měření probíhalo pomocí laserového skeneru GeoSLAM Zeb Horizon. Validační data byla zpracována manuálně v aplikaci CloadComapare. Porovnávací data byla zpracována algoritmem mean-shift a RANSAC. Trajektorie byly porovnávány na základě detekce počtu stromů, tedy kolik procent stromů nebylo detekováno (omission) a kolik procent stromů bylo detekováno chybně (commission). Stejným způsobem byla porovnávána i detekce kruhové základny, tedy kolik procent kruhové základny chybělo a kolik bylo detekováno nesprávně. Posledními zkoumanými aspekty byly průměrná chyba (ME) a průměrná kvadratická chyba (RMSE) v odhadu tloušťky stromu. Průměrná detekce se u použitých trajektorií pohybovala mezi 87,06 % a 94,95 %, commission pak u počtu stromů bylo naměřeno od 5,11 % do 9,62 %. Co se týče kruhové základny, tak tam se omission pohybovalo mezi 3,8 % až 1,56 %, commission pak dosáhlo 1,37 % až 5,49 %. Průměrná chyba (ME) byla v rozmezí -0,01 cm až 0,59 cm. Průměrná kvadratická chyba (RMSE) se pohybovala mezi 2,85 cm a 4,22 cm. Na základě statistického porovnání bylo zjištěno, že nestačí, když trajektorie vede pouze po obvodu měřené plochy, ale musí vést i jejím vnitřkem. Nejvíce efektivní se ukázala trajektorie, která plochu obkrouží a následně ji dvakrát kolmě protne, a trajektorie, která plochu obkrouží, následně ji protne v jejím středu a vlnovitě se vrátí zpět na začátek.

Abstract:

This diploma thesis investigated the effect of a mobile laser scanning trajectory on the quality of 3D tree trunk reconstruction. A total of 7 trajectories were compared across 4 structurally distinct plots, with an emphasis on stands rich in structure. Each plot covered an area of 1000 m2. The measurements were conducted using a GeoSLAM Zeb Horizon laser scanner. Validation data were manually processed in CloadComapare. Comparative data were processed using mean-shift and RANSAC algorithms. The trajectories were compared on a tree count detection basis, assessign the percentage of undetected trees (omission) and incorrectly detected trees (commission). Similarly, circular base detection was compared, i.e., what percentage of the circular base was missed and what percentage was detected incorrectly. The last aspects examined were the mean error (ME) and root mean square error (RMSE) in tree thickness estimation. The average detection ranged from 87.06 % to 94.95 % across the trajectories used, with commission ratesranging from 5.11 % to 9.62 % for the number of trees measured. For circular base detection, omission rates ranged from 3.8 % to 1.56 %, and the commission then reached 1.37 % to 5.49 %. The mean error (ME) ranged from -0.01 cm to 0.59 cm. The root mean squared error ranged (RMSE) between 2.85 cm and 4.22 cm. Based on statistical comparison, it was determined that simply running the trajectory along the perimeter of the measured area is insufficient, it must also traverse through its interior. The most effective trajectory identified was one that encircles the surface and intersects it twice perpendicularly, as well as one that circles the surface, intersects it at its centre, and then returns back in waves to the starting point.

Keywords

LiDAR, 3D data, mobilní skenování, trajektorie

Keywords

LiDAR, 3D data, mobile laser scaning, trajectory

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 28. 5. 2024
• Supervisor: doc. Ing. Karel Kuželka, Ph.D.
• Reader: Tomáš Mikita, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Master programme:
Forest Engineering