Odhad přírustu hlavních hospodářských dřevin pomocí moderních materiálů DPZ

Bc. Marek Hrdina

Master's thesis

Estimation of increment of main production species using modern remote sensed data

Anotácia:

Dálkový průzkum Země je stále více používanou a ověřovanou metodou zjišťování stavu lesa a jeho inventarizace. Protože si právě DPZ nachází cestu do inventarizace lesa a hospodářské úpravy lesa, kde nahrazuje tradiční způsoby přímého měření, zabývá se tato práce tím, jakými pracovními postupy lze z analogových leteckých fotografií z roku 1999 vytvořit digitální modely průběhu terénu, povrchu a výšky korunového zápoje, které mohou, v porovnání s novějšími modely z let 2019 a 2020, posloužit k výpočtu výškového přírůstu lesních porostů za období 21 let. Práce se zabývá pracovními postupy vytváření digitálních modelů v počítačovém programu Agisoft Metashape a vyhodnocením rozdílů mezi modely v programu ArcMap 10.7.1. V rámci práce bylo použity dva způsoby zjištění změn výšky lesních dřevin, které vypovídají rozdílné výsledky o výškovém přírůstu, a to jak při porovnání fotogrammetrických výstupů (p= 1,1110-44), tak laserových výstupů (p= 1,7910-44), přestože vstupní data jsou shodná. Tato rozdílnost se, na základě ANOVA, vytrácí při vypočtení průměrných změn výšky hlavních hospodářských dřevin (p= 0,398). Přesto ale bylo zjištěno, že v obou případech asi dvě třetiny údajů o přírůstech porostních skupin odpovídají skutečně dosažitelným hodnotám, kdy výškový přírůst za 21 let nepřesahuje 10 m. Při porovnání výsledků z modelů výšek korunových zápojů vzniklých ve stejném roce, ale buď na základě fotografického nebo laserového snímání, se došlo k závěru, že RMSE mezi modely je pro rok 2019 rovna 2,7 m a pro rok 2020 1,9 m. Také bylo prokázáno, že laserové modely nabývají hodnot zpravidla vyšších než fotogrammetrické modely. Při zjišťování toho, jestli rozdíl fotogrammetrie oproti LiDAR není vázán na konkrétní dřevinu se došlo k výsledku, že jediný, ač mírný, rozdíl mezi oběma metodami nastává jen v případě dubu. Dále se, na nesmíšených lesních porostech, prokázalo, že využití fotogrammetrických dat v porovnání s daty z LiDAR, nevykazuje významně odlišné výsledky ani v případě přírůstů, ani v případě poklesů výšek porostů, přestože poklesy výšek (pfoto=0,19; plaser=0,12), zjištěné oběma metodami, jsou výrazně shodnější a snáze zjistitelné, než přírůsty (pfoto=0,07; plaser=0,07).

Abstract:

As time passes by, remote sensing surely gains its influence in forest inventory and takes its part in replacing classical forest mensuration methods, that require a large amount of manual labour. Due to this fact, this work aims to describe the workflow, of transforming analogue aerial photographs, taken in 1999, into digital terrain model, surface model and canopy height model. These outcomes, in comparison with newer ones based on data from 2019 and 2020, shall reveal the potential of remote sensing analysis of forest height increment estimation for 21 years long period. This work describes the workflow used for the creation of digital models in a computer software named Agisoft Metashape and the estimation of differences among models using ArcMap 10.7.1 software. During this process, two methods of height change estimation were used, which both imply statistical difference while comparing both photogrammetric (p= 1,1110-44) and LiDAR (p= 1,7910-44) outcomes, even though inputs are the same. These differences do disappear after calculating average height changes of main production species (p= 0,398) during the study period. Yet, there shows up a result, saying that 2/3 of stand height increments scores, correspond with achievable values, where increment in 21 years doesn't exceed 10 meters limit. While comparing two CHM´s for both years 2019 and 2020, one based on photogrammetric data, second on LiDAR data, there was found that the difference between models made for the year 2019 reaches RMSE = 2,7 m, and for the year 2020 RMSE equals 1,9 m. There was found out, that laser-based models do show higher stand height values than photogrammetric models. During testing, whether height estimation difference depends on tree species, only one slight statistical difference by oaks was found. Similarly, by testing differences in estimated height changes, there was no significant difference in the accuracy of photogrammetry and laser scanning while looking only for height increments (pfoto=0,07; plaser=0,07) and height declines (pfoto=0,19; plaser=0,12).

Kľúčové slová

DPZ, fotogrammetrie, LiDAR, výškový přírůst lesa, model výšky korunového zápoje

Keywords

remote sensing, photogrammetry, LiDAR, forest height increment, canopy height model

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 19. 4. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: doc. Ing. Peter Surový, PhD.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Master programme / odbor:
Forestry Engineering / Forest Engineering