Vrste i upotreba Laserskog skeniranja (LIDAR) u inventuri i mapiranju šumskih ekosistema

Lasersko skeniranje, poznato i kao LIDAR, je tehnika snimanja za prikupljanje trodimenzionalnih (3-D) podataka, u obliku oblaka tačaka, formiranih na osnovu reflektovanog laserskog snopa, od snimanih objekata. Trenutno postoji nekoliko tipova laserskog skeniranja, kao što su: lasersko skeniranje iz vazduha (ALS), lasersko skeniranje sa zemlje (TLS) i mobilno lasersko skeniranje (MLS).  Mnogi sistemi za lasersko skeniranje su multi-senzorske platforme, i zbog toga tehnički razvoj senzora i napredak u računarskoj tehnologiji omogućavaju nove mogućnosti razvoja i pojavu novih softvera.

Potrebe Planiranja gazdovanja šumama su jedna od osnovnih upravljačkih sila, za razvoj i usavršavanje laserskog skeniranja. Prvi komercijalni prototip ALS-a posvećen topografskom mapiranju uveden je 1993. Ubrzo nakon toga, ALS je korišten u istraživanju šuma. Brz razvoj senzora ubrzava istraživanja na polju primjene ove tehnologije u inventuri šuma. ALS je prvi put upotrebljen u inventuri šuma početkom 2000-ih, a aktivno se koristi od kraja 2000-ih. Ova tehnologija se aktivno koristi u nordijskim zemljama. Primjena ALS-a u istraživanju šumskih ekosistema u velikoj mjeri ovisi o kvaliteti i količini terenskih referentnih podataka.

Referentni podaci za inventuru šuma se konvencionalno prikupljaju korištenjem manualnih mjerenja. Ovakav način prikupljanja podataka je veoma skup, i zahtjeva angažovanje velikog broja radne snage. Manuelno prikupljanje podataka se vrši korišćenjem jednostavnih alata kao što su prečnica i pantljika. Na detaljnim krugovima koriste se visinomjeri i Preslerovo svrdlo i dr. Vrste podataka koje se ovim načinom mogu prikupljati ograničene su cijenom i tehničkim mogućnostima ovih urđaja.

Mnoge značjne parametre kao što su zakrivljenost debla, granatost stabla, debljina grana i sl. nije moguće prikupiti tradicionalnim metodama. Za ovakve podatke postoje funkcije različite preciznosti i ulaznih parametara.  Ove funkcije uslovljene su različitim stanišnim i sastojinskim uslovima, tako da je njihova upotreba značajno ograničena. Upotreba ne odgovarajućih funkcija i modela može dovesti do velike nepreciznosti. Za ove informacije značajne su LIDAR metode prikupljanja podataka.

Mnoge značjne parametre kao što su zakrivljenost debla, granatost stabla, debljina grana i sl. nije moguće prikupiti tradicionalnim metodama. Za ovakve podatke postoje funkcije različite preciznosti i ulaznih parametara.  Ove funkcije uslovljene su različitim stanišnim i sastojinskim uslovima, tako da je njihova upotreba značajno ograničena. Upotreba ne odgovarajućih funkcija i modela može dovesti do velike nepreciznosti. Za ove informacije značajne su LIDAR metode prikupljanja podataka.

Nedavno je dokazano da TLS tehnologija daje jako dobre rezultate u prikupljanu podataksa prilikom inventure šumskih površina. Prvi komercijalni TLS sistem je proizvela kompanija Cyra Technologies, 1998. godine, a prvi radovi koji se odnose na procjenu atributa stabala na nivou premjernih krugova objavljeni su početkom 2000. Godine. Rekonstrukcijom stabla stabala moguće je izvesti kvalitetne procjene zapremine debla i biomase koje su usporedive u preciznosti s najboljim nacionalnim alometrijskim modelima rasta šuma. Novi TLS sistemi se stalno razvijaju, a veličina i težina laserskih skenera brzo opada. Upotreba laserskih impulsa s dvije valne duljine olakšava razdvajanje povrata lista od povrata stabljika, grana i tla, što je pogodno za usluge šumskih ekosustava. Očekuje se da će se TLS operativno koristiti u inventarizaciji šuma na nivou odjela čim bude dostupan odgovarajući softver. Nekoliko pozicija skeniranja je neophodno za mjerenje svih stabala na odrđenoj površini. Pojedinačni skupovi podataka spajaju se, obično koristeći umjetne ciljeve, da bi formirali oblak od jedne točke. Ovaj pristup pruža najbolji skup podataka, jer objedinjeni oblak tačaka snima stabla iz različitih pravaca. Ovakav pristup baš praktičan zbog troškova ručnog ili poluautomatskog procesiranja potrebnog za registraciju nekoliko skeniranja.

Zbog velikih troškova i potrebnog vremena trenutno se proučavaju nove metode mjerenja i brzog prikupljanja podataka. Trenutno se proučavaju nove mogućnosti za poboljšanje efikasnosti prikupljanja podataka na terenu. Lasersko skeniranje je nedavno stavljeno na pokretne platforme za izgradnju MLS sistema i proučava se za aplikacije mapiranja šuma. Glavna prednost primjene MRS-a za mjerenje šuma leži u brzom prikupljanju podataka. Koncept primjene MLS-a za mjerenje šuma započeo je početkom 2010. Godine. Podaci koje prikupljaju MLS sistemi su manje precizni u poređenju sa TLS-om. Još jedan izazov primjene MRS-a je da mobilnost platforme, ona u šumskim sredinama može biti ograničena. Šumsko zemljište karakteriše neravan teren i prepreke, kao što su stijene, mrtvo drvo i grmlje. Stanje na tlu nije lako ili čak prikladno za kretanje vozila. Ova metoda se ograničava na inventure uz šumske kamionske puteve.

Danas se razvijaju i metode ličnog laserskog skeniranja, koje su zasnovane na lako prenosivoj platformi, koju radnik nosi na leđima kroz ucrtanu rutu. Ova metoda je obećavajuća i mogla bi postati široko primjenjiva.

Izvor:

Liang X, Kukko A, Kaartinen H, et al. Possibilities of a personal laser scanning system for forest mapping and ecosystem services. Sensors (Basel). 2014;14(1):1228–1248. Published 2014 Jan 10. doi:10.3390/s140101228

Pouliot D.A., King D.J., Bell F.W., Pitt D.G. Automated tree crown detection and delineation in high-resolution digital camera imagery of coniferous forest regeneration. Remote Sens. Environ. 2002;82:322–334.