Using Lidar point clouds in determination of the scots pine stands spatial structure meaning in the conservation of Lichen communities in "Bory Tucholskie" National Park

• Autorzy: Wężyk Piotr , Hawryło Paweł , Szostak Marta , Zięba-Kulawik Karolina , Winczek Monika , Siedlarczyk Ewa , Kurzawiński Adam , Rydzyk Justyna , Kmiecik Jowita , Gilewski Wojciech , Szparadowska Monika , Warchoł Artur , Turowska Agnieszka

Identyfikatory

DOI

10.2478/apcrs-2019-0007

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie danych Lidar do określenia znaczenia struktury przestrzennej drzewostanów sosnowych w zachowaniu borów chrobotkowych na terenie Parku Narodowego „Bory Tucholskie”

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the research carried out in 2018 and financed by the Forest Fund was the analysis of biometric features and parameters of pine stands in the area of the "Bory Tucholskie" National Park (PNBT), where a program of active protection of lichen was initiated in 2017. Environmental analyses were conducted in relation to selected biometric features of trees and stands using laser scanning (LiDAR), including ULS (Unmanned Laser Scanning; RIEGL VUX-1) and TLS (Terrestrial Laser Scanning; FARO FOCUS 3D; X130). Thanks to the application of LiDAR technology, the structure of pine stands was precisely determined by means of a series of descriptive statistics characterizing the 3D spatial structure of vegetation. Using the Trees Crown Model (CHM), the analysis of the volume of tree crowns and the volume of space under canopy was performed. For the analysed sub-compartments, GIS solar analyses were carried out for the solar energy reaching the canopy and the ground level due to active protection of lichen. Multispectral photos were obtained using a specialized RedEdge-M camera (MicaSense) mounted on the UAV multi rotor platform Typhoon H520 (Yuneec). Flights with a thermal camera were also performed in order to detect places on the ground with high temperature. Plant indices: NDVI, NDRE, GNDVI and GRVI were also calculated for sub-compartments. The data obtained in 2017 and 2018 were the basis for spatial and temporal analyses of 4-D changes in stands which were related to the removal of some trees and organic layer (litter, moss layer).

PL

Celem badań realizowanych w roku 2018 finansowanych z Funduszu Leśnego, była analiza cech biometrycznych i parametrów drzewostanów sosnowych na terenie Parku Narodowego "Bory Tucholskie" (PNBT), w których w 2017 roku zainicjowano program ochronny czynnej borów chrobotkowych. Analizy środowiskowe prowadzono w odniesieniu do wybranych cech biometrycznych drzew i drzewostanów z wykorzystaniem chmur punktów ze skanowania laserowego (LiDAR), w tym bezzałogowych platform ULS (RiCopter + VUX-1 RIEGL) oraz naziemnych skanerów TLS (FARO FOCUS 3D; X130). Dzięki zastosowaniu technologii LiDAR, w precyzyjny sposób opisano strukturę drzewostanów sosnowych poprzez szeregi statystyk opisowych charakteryzujących strukturę przestrzenną 3D roślinności. Wykorzystując Model Koron Drzew (CHM) dokonano analizy objętości koron drzew oraz objętości przestrzeni podokapowej. Dla analizowanych wydzieleń przeprowadzono analizy solarne GIS pod kątem sumarycznej energii słonecznej docierającej do okapu drzewostanu oraz bezpośrednio do poziomu gruntu co ma duże znaczenie dla ochrony czynnej chrobotków. Dla celów projektu pozyskano także zdjęcia wielospektralne przy wykorzystaniu specjalistycznej kamery RedEdge-M (MiceSense) zamontowanej na platformie BSP wielowirnikowca Typhoon H520 (Yuneec). Przeprowadzono też naloty z kamerą termalną w celu detekcji miejsc z wysoką temperaturą na gruncie, odpowiednich na pionierskich gatunków porostów. Dla wydzieleń leśnych obliczono także wskaźniki roślinne: NDVI, NDRE, GNDVI oraz GRVI. Dane pozyskane w 2017 oraz 2018 roku były podstawą analiz przestrzenno-czasowych 4-D zmian w drzewostanach jakie miały związek z usunięciem części drzew oraz warstwy organicznej (ścioła, warstwa mszaków).

Słowa kluczowe

EN

LiDAR; point clouds; unmanned laser scanning; terrestrial laser scanning; Bory Tucholskie National Park; UAV

PL

LiDAR; chmura punktów; bezzałogowe skanowanie laserowe; naziemne skanowanie laserowe; modelowanie 3D; Park Narodowy Bory Tucholskie

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Geodetów Polskich
• Czasopismo: Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji
• Rocznik: 2019
• Tom: vol. 31
• Strony: 85--103
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz.

Twórcy

autor

Wężyk Piotr

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Forestry, Institute of Forest Resources Management, Department of Forest Management Geomatics and Forest Economics, Cracow, Poland

autor

Hawryło Paweł

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Forestry, Institute of Forest Resources Management, Department of Forest Management Geomatics and Forest Economics, Cracow, Poland

autor

Szostak Marta

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Forestry, Institute of Forest Resources Management, Department of Forest Management Geomatics and Forest Economics, Cracow, Poland

autor

Zięba-Kulawik Karolina

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Forestry, Institute of Forest Resources Management, Department of Forest Management Geomatics and Forest Economics, Cracow, Poland

autor

Winczek Monika

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Forestry, Institute of Forest Resources Management, Department of Forest Management Geomatics and Forest Economics, Cracow, Poland

autor

Siedlarczyk Ewa

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Forestry, Institute of Forest Resources Management, Department of Forest Management Geomatics and Forest Economics, Cracow, Poland

autor

Kurzawiński Adam

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Forestry, Institute of Forest Resources Management, Department of Forest Management Geomatics and Forest Economics, Cracow, Poland

autor

Rydzyk Justyna

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Forestry, Institute of Forest Resources Management, Department of Forest Management Geomatics and Forest Economics, Cracow, Poland

autor

Kmiecik Jowita

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Forestry, Institute of Forest Resources Management, Department of Forest Management Geomatics and Forest Economics, Cracow, Poland

autor

Gilewski Wojciech

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Forestry, Institute of Forest Resources Management, Department of Forest Management Geomatics and Forest Economics, Cracow, Poland

autor

Szparadowska Monika

• MSdron, Warsaw Poland

autor

Warchoł Artur

• ProGea 4D, Cracow, Poland

autor

Turowska Agnieszka

• Bory Tucholskie National Park, Charzykowy, Poland

Bibliografia

• 1. Banaszak, J., & Tobolski, K., (2002). Park Narodowy „Bory Tucholskie”. Park Narodowy „Bory Tucholskie”.
• 2. Bienert, A., Scheller, S., Keane, E., Mullooly, G., & Mohan, F. (2006) Application of terrestrial laserscanners for the determination of forest inventory parameters. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 36(5).
• 3. Danielewicz, W., & Pawlaczyk, P., (2004). Śródlądowy bór chrobotkowy. [w:] Lasy i bory. Poradniki ochrony siedlisk i gatunków Natura 2000 – podręcznik metodyczny, tom 5. Herbich J. (red.), Ministerstwo Środowiska, Warszawa, 289–298.
• 4. Dingová Košuthová, A., Svitková, I., Pišut, I., Senko, D., & Valachovič, M. (2013). The impact of forest management on changes in composition of terricolous lichens in dry acidophilous Scots pine forests. Lichenologist, 45, 413-425.
• 5. Ermakov, N., & Morozova, O., (2011). Syntaxonomical survey of boreal oligotrophic pine forests in northern Europe and Western Siberia. Applied Vegetation Science, 14, 524–536.
• 6. Hopkinson, C., Chasmer, L., Young-Pow, C., Treitz, P., (2004). Assessing forest metrics with a ground-based scanning lidar. Canadian Journal of Forest Research, 34(3), 573-583.
• 7. Hyyppä, J., Hyyppä, H., Litkey, P., Yu, X., Haggrén, H., Rönnholm, P., Pyysalo, U., Pitkanen, J., & Maltamo, M., (2004). Algorithms and methods of airborne laser-scanning for forest measurements. Thies M., Koch B., Spiecker H. i Weinacker H. (eds.): Laser-Scanners for Forest and Landscape Assessment: Proceedings of the ISPRS Working Group VIII/2. Freiburg, Germany. ISPRS Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, 36, 8.
• 8. Lipnicki, L. (2003). Porosty Borów Tucholskich. Wydawnictwo Parku Narodowego Bory Tucholskie, Charzykowy.
• 9. Maas, H., Bienert, A., Scheller, S., & Keane, E., 2008: Automatic forest inventory parameter determination from terrestrial laser scanner data. International Journal of Remote Sensing, 29(5), 1579-1593.
• 10. Maier, B., Tiede, D., & Dorren, L., (2008). Characterising mountain forest structure using landscape metrics on LIDAR-based canopy surface models, Lecture Notes in Geoinformation and Cartography, Object-Based Image Analysis, 625-643.
• 11. Maltamo, M., Naesset, E., & Vauhkonen, J., (2014). Forestry Applications of Airborne Laser Scanning. Concepts and Case Studies. Springer.
• 12. Matuszkiewicz, W, Matuszkiewicz, J., (1973). Przegląd fitosocjologiczny zbiorowisk leśnych Polski. Cz. 2.Bory sosnowe. Phytocoenosis. Biuletyn Fitosocjologiczny, 2, 273–356.
• 13. Mcgaughey, R. J., Carson, W., Reutebuch, S., & Andersen, H. E. (2004). Direct measurement of individual tree characteristics from lidar data. Proceedings of the Annual ASPRS Conference. Denver. American Society of Photogrammetry and Remote Sensing.
• 14. Naesset, E., (2002). Predicting forest stand characteristics with airborne scanning laser using a practical two-stage procedure and field data. Remote Sensing of Environment, 80, 80-99.
• 15. Thies, M., Pfeifer, N., Winterhalder, D., & Gorte, B., (2004). Three-dimensional reconstruction of stems for assessment of taper, sweep and lean based on laser scanning of standing trees. Scandinavian Journal of Forest Research, 19(6), 571-581.
• 16. Watt, P.J., Donoghue, D.N.M., (2005). Measuring forest structure with terrestrial laser scanning. International Journal of Remote Sensing, 26(7), 1437-1446.
• 17. Węgrzyn, M., & Masłowska, M., (2010). 91T0 Śródlądowy bór chrobotkowy. [W]: Monitoring siedlisk przyrodniczych. Przewodnik metodyczny. Część pierwsza, Mróz W. (Red), Inspekcja Ochrony Środowiska, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa, pp. 295–311.
• 18. Węgrzyn, M., & Wietrzyk, P. (2017). Stan zachowania i propozycje czynnej ochrony borów chrobotkowych (zespół Cladonio-Pinetum) w Parku Narodowym „Bory Tucholskie”. Chrońmy Przyrodę Ojczystą, 73(1), 17–29.
• 19. Wężyk P., Hawryło P., & Szostak M. (2016). Determination of the number of trees in the Bory Tucholskie National Park using crown delineation of the canopy height models derived from aerial photos matching and Airborne Laser Scanning data. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, 28, 137-156.
• 20. Wężyk, P., Hawryło, P., Zięba-Kulawik, K., Szostak, M., Kuzera, J., Turowska, A., Bura, M., Wietrzyk, P., Kołodziejczyk, J., Fałowska, P., & Węgrzyn M. (2018). Wykorzystanie chmur punktów LiDAR w ochronie czynnej borów chrobotkowych w Parku Narodowym "Bory Tucholskie". Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, vol. 30, s. 27-41, ISSN 2083-2214, eISSN 2391-9477.
• 21. Wężyk, P., Kozioł, K., Glista, M., & Pierzchalski, M. (2007). Terrestrial laser scanning versus traditional forest inventory. First results From the Polish forests. ISPRS Volume XXXVI, Part 3/W52. ISPRS Workshop on Laser Scanning 2007 and SilviLaser 2007, Espoo, September 12-14, 2007, Finland, 424-429
• 22. Wężyk, P., & Tompalski, P. (2010). Określanie parametru zagęszczenia drzew w drzewostanach sosnowych na podstawie analizy chmury punktów naziemnego skaningu laserowego Roczniki Geomatyki, 8, 7(43), 83-90.
• 23. Wężyk, P., Tompalski, P., de Kok, R., Szostak, M., & Kukawski, M. (2010). Metoda szacowania liczby drzew w drzewostanie z wykorzystaniem danych ALS i ortoobrazów. Sylwan, 154, 773–782.
• 24. Wężyk, P., Tompalski P., Szostak, M., Glista, M., & Pierzchalski, M. (2008). Describing the selected canopy layer parameters of the Scots pine stands using ALS data. 8th International conference on LiDAR applications in forest assessment and inventory. SiliviLaser 2008, Edinburgh, 636-645.
• 25. Zhen, Z., Quackenbush, L.J., & Zhang, L. (2016). Trends in Automatic Individual Tree Crown Detection and Delineation—Evolution of LiDAR Data. Remote Sensing, 8, 1–26.