Zastosowanie danych ALS do szacowania wybranych parametrów roślinności na terenie górnictwa odkrywkowego – zalety i wady

• Autorzy: Nowak M.

Warianty tytułu

EN

Application of ALS data for estimation of selected vegetation parameters in the opencast mining area – advantages and limitations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł opisuje możliwości wykorzystania danych z lotniczego skaningu laserowego (ALS) na terenie odkrywkowej kopalni wapienia do pozyskania informacji o pokryciu roślinnością i jej parametrze wysokościowym. Ze względu na konieczność pozyskania szczegółowego przestrzennie zestawu danych, m.in. w zakresie roślinności, na potrzeby realizacji projektu „Plan wsparcia różnorodności biologicznej dla Zakładu Górniczego Kujawy w Bielawach Lafarge Cement S.A”, uznano, że pochodzące z projektu ISOK dane ALS charakteryzujące się wysoką dokładnością lokalizacyjną i wysokościową mogą stanowić optymalne źródło informacji. Do przetworzenia numerycznych danych wysokościowych użyto w pracy oprogramowania SAGA GIS i ArcGIS. Przeprowadzenie analizy opracowanych wysokościowych modeli rastrowych dla roślinności wykazało jednak, że są one obarczone błędami. Analizując dane ALS zauważono, że rozmieszczenie roślinności nie jest zgodne z sytuacją zaobserwowaną w terenie. W części wyrobiska objętej aktualnie wydobyciem dane ALS wykazały znaczną obecność roślinności. Ponadto, parametr wysokościowy roślinności na znormalizowanym numerycznym modelu pokrycia terenu przyjął w wielu miejscach wartości ujemne. W odpowiedzi na ujawnione błędy przeprowadzono szczegółową weryfikację danych ALS. W jej wyniku stwierdzono, że błędy są charakterystyczne wyłącznie dla obszaru wyrobiska. Błędy w klasyfikacji chmury punktów oraz ujemne wartości komórek modelu wysokościowego dla roślinności stwierdzono niemal wyłącznie dla zboczy wyrobiska i wałów ziemno-skalnych usytuowanych wzdłuż dróg technologicznych w odkrywce. Otrzymany wynik wskazuje na konieczność kontroli jakości danych ALS przed ich zastosowaniem.

EN

This paper discusses the possible use of airborne laser scanning (ALS) data in the opencast limestone mine to obtain information about the vegetation cover including its height parameters. Due to the necessity of obtaining a detailed spatial data set, including the vegetation parameters for the project: „Supporting Plan for Biodiversity in the Kujawy Mining in Bielawy Lafarge Cement SA” it has been recognized that the ALS data from the ISOK project characterized by the high localisation and altitude accuracy may be the optimum source of information. SAGA GIS and ArcGIS software tools were used to process the digital elevation data. However, the analysis of raster elevation models for vegetation showed that they are burdened with errors. It was noted that the distribution of vegetation is not consistent with the observed situation in the field. In the active part of the excavation the ALS data showed significant presence of vegetation. In addition, the parameter of altitude vegetation on trhe normalized digital surface model gained negative values in many places. Considering the detected the detailed verification of ALS data was performed. As a result, it was found that the error surfaces are characteristic only to the excavation area. The point cloud classification errors and the negative height values for vegetation cells on the elevation model were found almost exclusively on the slopes of the excavation and earth-rock embankments situated along the technological roads in the open-pit. The result indicates the need for the quality control of ALS data before they are used.

Słowa kluczowe

PL

monitoring roślinności; LiDAR; błąd klasyfikacji; kopalnia wapienia

EN

vegetation monitoring; LiDAR; classification error; limestone mine

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Informacji Przestrzennej
• Czasopismo: Roczniki Geomatyki
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 16, z. 3(82)
• Strony: 247--262
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys.

Twórcy

autor

Nowak M.

• Uniwersytet im. A. Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Biologii, Wydziałowa Pracownia Biologicznych Informacji Przestrzennych

Bibliografia

• ASPRS, 2009: Las Specification version 1.3 - R10, The American Society for Photogrammetry & Remote Sensing.
• Borowiecki Ireneusz, Michalik Aleksandra, 2012: Klasyfikacja chmury punktów lotniczego skaningu laserowego z zastosowaniem programów Tiltan Tlid, Terrascan vrmesh (Classification of points cloud from aerial laser scanning with the use of programs Tiltan Tlid, Terrascan vrmesh). Infrastruktura i ekologia terenów wiejskich 1 (3): 219-230, PAN, Oddział w Krakowie, Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi.
• Cimmery V., 2010: User Guide for SAGA (version 2.0.5).
• Deng R., Li Y., Xu X., Wang W., Wei Y., 2016: Remote estimation of shelterbelt width from SPOT5 imagery. Agroforestry Systems 91 (1): 161-172.
• Gajda Agnieszka, 2014: Wykorzystanie danych ze skaningu laserowego do pomiaru zmian zasięgu oraz struktury pionowej roślinności semi-naturalnego odcinka Doliny Wisły (Application of laser scanning data in the analysis of the changes in vegetation vertical structure and changes in a semi-natural section of the Vistula Valley). Prace Geograficzne 138: 67-80, Warszawa IGiPZ PAN.
• Idzik J., Kozłowski H., 1985: Rys historyczny rozwoju górnictwa surowców skalnych w rejonie Kujaw – stan obecny i perspektywy rozwojowe (A historical outline of mining of stony local deposits in the Carpathians Region - current conditions and perspectived of development). [W]: Utwory jurajskie struktury Zalesia na Kujawach i ich znaczenie surowcowe: 7-10, Warszawa, Wyd. Geologiczne.
• Johnson Kristofer, Birdsey Richard, Cole Jason, Swatantran Anu, O’Neil-Dunne Jarlath, Dubayah Ralph, Lister Andrew, 2015: Integrating LiDAR and forest inventories to fill the trees outside forests data gap. Environmental Monitoring and Assessment 187(10): 623: 1-8.
• Kalabin G.V., 2011: Qualitative assessment of vegetation in disturbed mining-and-metallurgical areas by the remote and surface monitoring. Journal of Mining Science 47(4): 538-546.
• Kondracki Jerzy, 2001: Geografia regionalna Polski (Regional geography of Poland): 441 s. Warszawa, Wydawnictwo Naukowe PWN.
• Kownacki W., Ciechański S., 1969: Budowa geologiczna oraz przemysłowe wykorzystanie złóż surowców węglanowych rejonu Pakość-Barcin koło Inowrocławia (Geological structure and industrial utilisation of carbonate raw materials in the Pakość-Barcin Region near Inowrocław). Przew. XLI Zjazdu Pol. Tow. Geol., Wyd. Geologiczne: 94-116.
• Kurczyński Zdzisław, 2014: Lotnicze skanowanie laserowe – podstawy teoretyczne. [W]: Wężyk Piotr (red.) Podręcznik dla uczestników szkoleń z wykorzystania produktów LiDAR (Aerial laser scanning – theoretical foundations. [In:] Manual for trainees in the use of LiDAR products): 59-109. Warszawa, Główny Urząd Geodezji i Kartografii.
• Kurczyński Zdzisław, Stojek Edyta, Cisło-Lesicka Urszula, 2014: Zadania GUGiK realizowane w ramach projektu ISOK. [W]: Wężyk Piotr (red.)Podręcznik dla uczestników szkoleń z wykorzystania produktów LiDAR (Tasks of the Head Office of Geodesy and Cartography implementd in the ISOK Project. [In:] Manual for trainees in the use of Lidar products): 22-58. Warszawa, Główny Urząd Geodezji i Kartografii.
• Kwoczyńska Bogusława, 2013: Błędy NMT i NMPT wynikające z automatycznej klasyfikacji chmury punktów pochodzącej z lotniczego skaningu laserowego przy zastosowaniu oprogramowania terrascan (DTM and DSM errors resulting from automatic classification of a cloud of points which originate from Aerial Laser Scanning using terrascan software). Infrastruktura i ekologia terenów wiejskich, Nr 2/II/2013: 17-30, PAN, Oddział w Krakowie, Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi.
• Lefsky Michael, Cohen Warren, Parker Geoffrey, Harding David, 2002: Lidar Remote Sensing for Ecosystem Studies. BioScience, 52 (1), 19-30.
• Miatkowski Zygmunt, Przeździecki Karol, Zawadzki Jarosław, 2013: Obserwacje zróżnicowania przestrzennego warunków wodnych trwałych użytków zielonych w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni w regionie oddziaływania kopalni odkrywkowej węgla brunatnego (Observations of spatial diversification of water conditions in permanent grasslands in the visible and near infrared spectrum in the impact area of brown coal opencast mine). Roczniki Geomatyki 11(4): 59-68, Warszawa,PTIP.
• Naesset Erik, 1997: Estimating timber volume of forest stands using airborne laser scanning data. Remote Sensing of Environment 61(2): 246-253.
• Pomianowska Halina, 1996: Warunki hydrogeologiczne w rejonie kamieniołomów Wapienno i Bielawy na Kujawach (Hydrogeological conditions In the vicinity of Wapienno and Bielawy quarries in the Kujawy Region). Przegląd Geologiczny 44(11): 1145-1152.
• Rozporządzenie ministra gospodarki z dnia 8 kwietnia 2013 w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących prowadzenia ruchu odkrywkowego zakładu górniczego (Ordnance of the Minister of Economy of April 8, 2013 on detailed requirements concerning implementation of opencast operations of a mining plant). Dz.U. z 2013 r., poz. 1008.
• Sasaki Takeshi, Imanishi Junichi, Ioki Keiko, Morimoto Yukihiro, Kitada Katsunori, 2012: Object-based classification of land cover and tree species by integrating air borne LiDAR and high spatial resolution imagery data. Landscape Ecology and Engineering 8 (2): 157-171, Springer Japan.
• Sasaki Takeshi, Imanishi Junichi, Ioki Keiko, Song Youngkeun, Morimoto Yukihiro, 2016: Estimation of leaf area index and gap fraction in two broad-leaved forests by using small-footprint airborne LiDAR. Landscape Ecology and Engineering 12 (1): 117-127, Springer Japan.
• Singh Kunwar, Davis Amy, Meentemeyer Ross, 2015: Detecting understory plant invasion in urban forests using LiDAR. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 38: 267-279.
• Somodi Imelda, Carni Andraz, Ribeiro Daniela, Podobnikar Tomaz, 2012: Recognition of the invasive species Robinia pseudoacacia from combined remote sensing and GIS sources. Biological Conservation 150 (1): 59-67.
• Stereńczak Krzysztof, 2009: Lotniczy skaning laserowy (LiDAR) w badaniach na rzecz ochrony przyrody (Airborne Laser Scanning (LiDAR) for natural environment research). Studia i Materiały Centrum Edukacji Przyrodniczo-Leśnej 11 (2): 135-143.
• Terekhin Edgar A., Samofalova Olga M., 2015: Measurement of vegetation mantle change in the zone of influence of Stary Oskol-Gubkin iron Ore integrated Works. Journal of Mining Science 51 (1): 197-202.
• Turner Woody, Spector Sacha, Gardiner Ned, Fladeland Matthew, Sterling Eleanor, Steininger Marc, 2003: Remote sensing for biodiversity science and conservation. Trends in Ecology and Evolution 18 (6): 306-314.
• Ustawa z dnia 16 kwietnia 2004 r. o ochronie przyrody (The Nature Protection Act of April 16, 2004) Dz.U. 2004 nr 92 poz. 880.
• Wężyk Piotr, 2006: Wprowadzenie do technologii skaningu laserowego w leśnictwie (Introduction to laser scanning technology in forestry). Roczniki Geomatyki 4 (4): 119-132, Warszawa, PTIP.
• Wężyk Piotr, Szostak M., Tompalski P., 2012: Określenie biomasy sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.) w Puszczy Niepołomickiej na podstawie przestrzennego rozkładu chmury punktów naziemnego skaningu laserowego (Biomass and volume profile of the scots pine (Pinus sylvestris l.) in the Niepolomice Forest based on terrestrial laser scanning data – a case study). Roczniki Geomatyki 10 (5): 79-91, Warszawa, PTIP.
• Vega Cedric, Durrieu Sylvie, 2011: Multi-level filtering segmentation to measure individual tree parameters based on Lidar data: Application to a mountainous forest with heterogeneous stands. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 13 (4): 646-656.
• Zarzecki Michał, Pasierbiński Andrzej, 2009: Zastosowanie GIS i teledetekcji w badaniach szaty roślinnej (Applications of GIS and remote sensing in vegetation research). Wiadomości Botaniczne 53 (3/4): 53-66.