Mapping of windstorm damage occurring in the forest stands of Czerniejewo forest district (Polish State Forests National Holding) using aerial photographs and sentinel-2 satellite imagery

• Autorzy: Krawczyk Wojciech , Wężyk Piotr

Identyfikatory

DOI

10.14681/apcrs.2020-0001

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie ortofotomap lotniczych oraz zobrazowań satelitarnych Sentinel-2 w procesie określania uszkodzeń drzewostanów w Nadleśnictwie Czerniejewo (RDLP Poznań) spowodowanych przez huragan

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

On the night of 11 and 12.08.2017 a severe hurricane passed over Poland, in a belt of almost 300 km, causing damage in forest stands of area exceeding 100 000 ha. The study aimed to demonstrate the implementation of remote sensing technologies in the process of determining the extent of forest stand damages in the Czerniejewo Forest District (RDLP Poznań) caused by wind and monitoring the progress of clean-up work. In this study were used digital aerial orthophotos commissioned by the State Forests National Forest Holding (PGL LP) and Sentinel-2 (ESA) satellite images as well. The area of damaged stands was determined with the use of two approaches, i.e.: supervised classification (approach A) and thresholding of values of Normalised Difference Vegetation Index - NDVI (approach B). The obtained results were compared to reference data obtained by visual interpretation of high resolution RGB aerial orthophotos by RDLP Poznań experts. Monitoring of the progress of the clean-up works in damaged stands was carried out in 9-time intervals. The conducted image classification and spatial GIS analyses showed that the area of stands damaged by the wind was for methods A and B: 579.16 ha and 516.01 ha, respectively, with 631.00 ha as the reference. The results obtained in the study indicate errors in underestimating the area of forest stand damage based on Sentinel-2, i.e.: 51.84 ha (8.2%) in the case of method A and by 114.99 ha (18.2%) for method B. In the whole analysed time, clean-up operations were carried out on the total area of 762.33 ha of damaged forest stands, and their highest intensity was observed in the first 4 months after the storm. The work showed the applicability of free of charge Sentinel-2 (ESA) satellite imagery in the process of determining the extent of forest stand damages, pointing to the supervised classification method (Maximum Likelihood algorithm; ML) as more accurate than using the threshold of NDVI.

PL

W nocy 11/12.08.2017 nad Polską, w pasie o długości niemal 300 km, przeszła bardzo silna nawałnica powodując zniszczenia drzewostanów na obszarze 100 000 ha. Celem prezentowanej pracy było zademonstrowanie implementacji technologii teledetekcyjnych w procesie określania zasięgu uszkodzeń drzewostanów w Nadleśnictwie Czerniejewo (RDLP Poznań) spowodowanych przez wiatr oraz monitorowania postępu prac uprzątających. W pracy wykorzystano wykonane na zlecenie PGL Lasy Państwowe cyfrowe ortofotomapy lotnicze, a także zobrazowania satelitarne z misji Sentinel-2 (ESA). Powierzchnię uszkodzonych drzewostanów określano dwoma metodami, tj.: klasyfikacji nadzorowanej - metoda A oraz progowania wartości znormalizowanego wskaźnika roślinności (NDVI) - metoda B. Otrzymane wyniki porównano do danych referencyjnych uzyskanych na drodze interpretacji wzrokowej wysokorozdzielczych ortofotomap lotniczych RGB dokonanych przez ekspertów RDLP Poznań. Monitorowania postępu prac uprzątających prowadzonych w zniszczonych drzewostanach dokonano w 9 przedziałach czasowych. Analizy przestrzenne GIS wykazały, iż powierzchnia uszkodzonych przez wiatr drzewostanów wyniosła dla metody A oraz B, odpowiednio: 579.16 ha oraz 516.01 ha, przy czym za referencję przyjęto 631.00 ha. Uzyskane w pracy wyniki wskazują na błędy niedoszacowania obszaru zniszczeń drzewostanów, tj.: 51.84 ha (8.2%) dla metody A oraz o 114.99 ha (18.2 %) dla metody B. W ciągu całego analizowanego okresu prace uprzątające wykonano na łącznej powierzchni 762.33 ha uszkodzonych drzewostanów, przy czym największą ich intensywność stwierdzono w pierwszym okresie 4 miesięcy po wystąpieniu nawałnicy. Praca wykazała przydatność nieodpłatnych zobrazowań satelitarnych Sentinel-2 (ESA) w procesie określania zasięgu uszkodzeń drzewostanów, wskazując na metodę klasyfikacji nadzorowanej (algorytm maksymalnego prawdopodobieństwa) jako dokładniejszą, niż korzystanie z wartości wskaźnika roślinnego NDVI.

Słowa kluczowe

EN

hurricane; forest stands damage assessment; aerial orthophoto; Sentinel-2

PL

nawałnica; określanie zasięgu uszkodzeń drzewostanów; ortofotomapa lotnicza; Sentinel-2

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Geodetów Polskich
• Czasopismo: Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 32
• Strony: 13--35
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz.

Twórcy

autor

Krawczyk Wojciech

• Department of Forest Resources Management, Faculty of Forestry, University of Agriculture in Cracow

autor

Wężyk Piotr

• Department of Forest Resources Management, Faculty of Forestry, University of Agriculture in Cracow

Bibliografia

• 1. Boncol B., & Wężyk P., (2012). Fotogrametryczne opracowanie skutków huraganu na obszarze Nadleśnictwa Koszęcin. Roczniki Geomatyki, 10(5), 27-35.
• 2. Ciesielski M., Bałazy R., Hycza T., Dmyterko E., & Bruchwald A, (2016). Szacowanie szkód spowodowanych przez wiatr w drzewostanach przy wykorzystaniu zobrazowań satelitarnych i danych Systemu Informatycznego Lasów Państwowych. Sylwan, 160 (5), 371−377.
• 3. Filipek Z. (2008). Szkody w wyniku zjawisk klęskowych na terenie Lasów Państwowych w ostatnich latach. [in]: Klęski żywiołowe w lasach zagrożeniem dla wielofunkcyjnej gospodarki leśnej. SITLiD, Wyd. Świat, Warszawa, p. 5−13.
• 4. Forzieri G., Pecchi M., Girardello M., Mauri A., Klaus M., Nikolov C., Rüetschi M., Gardiner B., Tomastik J., Small D., Nistor C., Jonikavicius D., Spinoni J., Feyen L., Giannetti F., Comino R., Wolynski A., Pirotti F., Maistrelli F., Ionut S., Wurpillot L., Karlsson S., Zieba- Kulawik K., Strejczek-Jazwinska P., Mokros M., Franz S., Krejci L., Haidu I., Nilsson M., Wężyk P., Chirici G., Cescatti A., & Beck P., (2020). A spatially-explicit database of wind disturbances in European forests over the period 2000-2018. Earth System Science Data, 12 (1), pp. 257-276.
• 5. Gardiner B., Blennow K., Carnus J., Fleischer P., Ingemarson F., Landmann G., Lindner M., Marzano M., Nicoll B., Orazio C., Peyron J., Schelhaas M.-J., Schuck A., & Usbeck T., (2010). Destructive Storms in European Forests: Past and Forthcoming Impacts. Final Report to European Commission - DG Environment. Brussels.
• 6. Gardiner B., Schuck A., Schelhaas Mart-Jan, Orazio C., Blennow K., Nicoll B., (2013).
• 7. Living with Storm Damage to Forests What Science Can Tell Us, What Science Can Tell Us, European Forest Institute.
• 8. Hansen, M. C., Potapov, P. V., Moore, R., Hancher, M., Turubanova, S. A., Tyukavina, A., Thau D., Stehman S. V., Goetz S. J., Loveland T. R., Kommareddy A., Egorov A., Chini L., Justice C. O., &Townshend, J. R. G. (2013). High-resolution global maps of 21st-century forest cover change. Science, 342(6160), 850-853.
• 9. Hościło A., & Lewandowska A., (2018). Assessment of forest damage caused by the August 2017 hurricane using sentiel-2 Satellite data. Sylwan, 162 (8), pp. 619−627.
• 10. Kärhä, K., Anttonen, T., Poikela, A., Palander, T., Laurén, A., Peltola, H., & Nuutinen, Y., (2018). Evaluation of Salvage Logging Productivity and Costs in Windthrown Norway Spruce-Dominated Forests. Forests, 9, 280.
• 11. Kurzawiński A. (2019). Wykorzystanie zobrazowań satelitarnych PlanetScope do oceny zasięgu wiatrołomów w Nadleśnictwie Rudy Raciborskie w 2017 roku. Praca inżynierska. Wydział Leśny Uniwersytet Rolniczy w Krakowie.
• 12. Landis J. R., & Koch G. G., (1977). An Application of Hierarchical Kappa-type Statistics in the Assessment of Majority Agreement among Multiple Observers. Biometrics, 33(2), 363-374.
• 13. Puchniarski, T. 2003. Klęski żywiołowe w lasach. Poradnik leśniczego. Metody zapobiegania i likwidacji. PWRiL, Warszawa Rich R. L., Frelich L., Reich P. B., & Bauer M. E., 2010. Detecting wind disturbance severity and canopy heterogeneity in boreal forest by coupling high-spatial resolution satellite imagery and field data. Remote Sensing of Environment, 114 (2), 299-308.
• 14. SFA (Skogsstyrelsen), (2006). Stormen 2005 - en skoglig analys. Meddelande Nr 1 Jönköping: Swedish Forest Agency.
• 15. Stempski W., & Jabłoński K., (2015). Effectiveness of mechanized wood harvesting in a tree stand damaged by wind. Nauka Przyroda Technologie, 9 (3), 1-12.
• 16. Suwała, M. (2000). Pozyskiwanie drewna w warunkach klęskowych. W: M. Suwała (red.), Poradnik użytkowania lasu. Wyd. Świat, Warszawa, p. 278-286.
• 17. Suwała M. (2004). Metody oraz koszty i opłacalność pozyskania drewna ze złomów i wywrotów. Sylwan (3), 63-71.
• 18. Thorn S., Bässler C., Svoboda M., & Müller J. (2016). Effects of natural disturbances and salvage logging on biodiversity - Lessons from the Bohemian Forest. Forest Ecology and Management.
• 19. Weindl H. (2006). Reinsurance of Natural Hazards, GeoRisksResearch, MunichRe Wężyk P., (2006). Integracja technologii geoinformatycznych w analizie uszkodzeń lasu spowodowanych przez huragan w Puszczy Piskiej. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji. 16, 547- 556.
• 20. Wężyk P., (2020a.) Globalny monitoring lasów. W: Hejmanowska B. & Wężyk P. (Eds.). Dane satelitarne dla administracji publicznej. Polska Agencja Kosmiczna. Warszawa, 328-335.
• 21. Wężyk P., (2020b). Trendy w teledetekcji satelitarnej [in:]: Hejmanowska B. & Wężyk P. (Eds.). Dane satelitarne dla administracji publicznej. Polska Agencja Kosmiczna. Warszawa, 392-404.
• 22. Wężyk P., Hawryło P., Zięba-Kulawik K. (2019). Post-hurricane forest mapping in Bory Tucholskie (northern Poland) using random forest based up-scaling approach of ALS and photogrammetry-based CHM to KOMPSAT-3 and PlanetScope imagery. Earth observations advancements in a changing world. AIT Series, Trends in earth observations 1, 45-48.