Popis porostní struktury přirozeného lesa pomocí pozemního a bezpilotního laserového skenování - kvantifikace korun ve 3D prostoru

Ing. Martin Krůček

Doctoral thesis

Description of the natural forest stand structure using Terrestrial and Unmanned Laser Scanning - quantification of crowns in the 3D space.

Abstract:

Technologie pozemního laserového skenování (TLS) nachází stále častěji uplatnění ve výzkumu v oboru ekologie lesa i v lesnictví. Díky poskytovaným vysoce realistickým datům dovoluje kvantifikovat strukturu lesních ekosystémů a zkoumat procesy v nich probíhající ve 3D prostoru. Umožňuje tak odklon od používání stávajících 2D dat a do značné míry zjednodušujících modelů. První část této disertační práce se zabývá kvantifikací korun ve 3D prostoru z hlediska kompetice jednotlivých stromů. Publikace č. 1 se věnuje softwarovému řešení vyvinutému pro výpočet velikosti, tvaru, povrchu a objemu jednotlivých korun a evaluaci obsazování růstového prostoru. Navazující publikace č. 2 pak využívá tyto metody pro studium plasticity korun a nadzemní kompetice o prostor a světlo ve 3D prostoru ve smrko-bukovém přirozeném lese. Výsledky získané pomocí TLS dat také porovnává s výsledky tradičně využívaných geometrických modelů stromů. Druhá část práce (publikace č. 3 a 4) se věnuje sběru dat pomocí bezpilotních prostředků (ULS) a možnostem jejich zpracování za účelem popisu porostní struktury přirozených lesů na plochách které svou rozlohou přesahují možnosti sběru dat pomocí technologie TLS. Nově se rozvíjející technologie ULS má v tomto směru zjevně velký potenciál. Třetí publikace se proto věnuje technologii sběru a ověření kvality ULS dat s velmi vysokou hustotou bodů; čtvrtá publikace pak navrhuje a testuje kompletní work-flow zpracování ULS dat pomocí modifikovaných algoritmů původně vyvinutých pro TLS. Předkládaná dizertační práce má formu souboru publikací.

Abstract:

The terrestrial laser scanning (TLS) is increasingly used in the field of forest ecology and forestry. It provides highly realistic data allowing quantification of the structure of forest ecosystems and investigation of ongoing processes in the 3D space. It also allows the utilization of realistic 3D data instead of recently mostly used 2D data or oversimplified models. The first part of this dissertation work focuses on the quantification of crowns in 3D space, especially on the competition of individual trees. Publication no. 1 describes software developed for this work which allows calculation of the volume of individual crowns and evaluation of the occupancy of growth space. These methods are subsequently used to study the plasticity of crowns and competition in beech dominated natural forest. The results obtained by recently used geometric models of trees are compared with the results obtained using TLS data (publication no. 2). The second part of this work (publications no. 3 and 4) is devoted to the collection of unmanned laser scanning (ULS) data and possibilities of processing these data to describe vegetation structure of natural forests on the plots which size exceeds the possibilities of TLS. Emerging ULS technology has great potential in this regard. The third publication deals with the technology of collecting ultra-high-density ULS data and verification of its quality. The fourth publication describes the proposed and tested full semi-automatic workflow of ULS data processing. For the data processing are used modified algorithms originally developed for TLS. The dissertation is submitted as a set of publications.

Keywords

pozemní laserové skenování, bezpilotní prostředky, LiDAR, koruny stromů, nadzemní kompetice

Keywords

aboveground competition, LiDAR, terrestrial laser scanning, tree crowns, unmanned aircraft

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 9. 2020

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Kamil Král, Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of Forestry and Wood Technology

Doctoral programme:
Applied Geoinformatics