Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Using a GEOBIA framework for integrating different data sources and classification methods in context of land use/land cover mapping

Osmólska A., Hawryło P.

Geodesy and Cartography

|

2018

|

Vol. 67, no. 1

99--116

EN

Land use/land cover (LULC) maps are important datasets in various environmental projects. Our aim was to demonstrate how GEOBIA framework can be used for integrating different data sources and classification methods in context of LULC mapping.We presented multi-stage semi-automated GEOBIA classification workflow created for LULC mapping of Tuszyma Forestry Management area based on multi-source, multi-temporal and multi-resolution input data, such as 4 bands- aerial orthophoto, LiDAR-derived nDSM, Sentinel-2 multispectral satellite images and ancillary vector data. Various classification methods were applied, i.e. rule-based and Random Forest supervised classification. This approach allowed us to focus on classification of each class ‘individually’ by taking advantage from all useful information from various input data, expert knowledge, and advanced machine-learning tools. In the first step, twelve classes were assigned in two-steps rule-based classification approach either vector-based, ortho- and vector-based or orthoand Lidar-based. Then, supervised classification was performed with use of Random Forest algorithm. Three agriculture-related LULC classes with vegetation alternating conditions were assigned based on aerial orthophoto and Sentinel-2 information. For classification of 15 LULC classes we obtained 81.3% overall accuracy and kappa coefficient of 0.78. The visual evaluation and class coverage comparison showed that the generated LULC layer differs from the existing land cover maps especially in relative cover of agriculture-related classes. Generally, the created map can be considered as superior to the existing data in terms of the level of details and correspondence to actual environmental and vegetation conditions that can be observed in RS images.

2

Wykorzystanie chmur punktów Lidar w ochronie czynnej borów chrobotkowych w Parku Narodowym "Bory Tucholskie"

Wężyk P., Hawryło P., Zięba-Kulawik K., Kuzera J., Turowska A., Bura M., Wietrzyk P., Kołodziejczyk J., Fałowska P., Węgrzyn M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2018

|

vol. 30

27--41

PL

Zespół boru chrobotkowego (Cladonio-Pinetum) jest zbiorowiskiem wykształcającym się na suchych i ubogich w biogeny obszarach piaszczystych. Najlepiej zachowane płaty tego zbiorowiska roślinnego w Europie występują w Polsce północnej, w tym na terenie Parku Narodowego "Bory Tucholskie" (PNBT). Celem badań było określenie struktury przestrzennej wybranych drzewostanów sosnowych PNBT, w których zainicjowany został program ochronny czynnej borów chrobotkowych. Obszar badań obejmował część dwóch oddziałów leśnych PNBT z wydzieleniami: 18c, 19d, 19g, 19h, 19i, 19j i 19k. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem lotniczego (ALS) i naziemnego (TLS) skanowania laserowego (LiDAR). Dzięki zastosowaniu technologii LiDAR możliwe było wykonanie bardzo precyzyjnego opisu struktury drzewostanów w przestrzeni 2D i 3D. W wyniku przeprowadzonych analiz określono szereg cech taksacyjnych i parametrów drzewostanów, takich jak: liczba i zagęszczenie drzew w drzewostanie, średnia odległość pomiędzy drzewami żywymi, liczba drzew martwych, pierśnicowe pole przekroju drzew żywych, zwarcie poziome koron, wskaźnik penetracji koron, wysokość górna drzew w wydzieleniu, wysokość podstawy korony drzewa, długość korony drzewa, objętość warstwy koron, powierzchnia 2D i 3D koron drzew, średni promień korony, współczynnik morfometryczny koron oraz zasięg pionowy martwych gałęzi. Opracowano także mapę występowania luk w wydzieleniach o powierzchni większej niż 2 m2. Badania rozpoczęte w 2017 roku są kontynuowane w 2018 roku z wykorzystaniem skanowania z platformy BSP (UAS) oraz TLS, które posłużą precyzyjnej ocenie zmian struktury przestrzennej drzewostanów, w których przeprowadzono cięcia prześwietleniowe.

EN

Forest lichen communities develop on dry and poor in biogens sandy areas. The center of occurrence of this plant community in Europe coincides with Natura 2000 sites located in Poland, including the Bory Tucholskie National Park (BT NP). The aim of the study was to determine the spatial structure of selected Scots pine stands of BT NP, where a program of active protection of lichen communities was initiated. The research area included two forest compartments: 18 and 19. The analysis was performed in the following sub-compartments: 18c, 19d, 19g, 19h, 19i, 19j and 19 k. The research was carried out using airborne (ALS) and terrestrial (TLS) laser scanning (LiDAR). Thanks to the use of LiDAR technology, it was possible to make a very precise description of the structure of stands in 2D and 3D space. As a result of the conducted study, a number of stand parameters have been defined, such as: number of trees, tree density in the stand, number of live trees, average distance between living trees, number of dead trees, basal area, horizontal cover of tree crowns, crown penetration ratio, average height of trees, height of the crown base, tree crown length, crown layer volume, 2D and 3D crown surface, average crown radius, canopy relief ration and vertical range of dead branches. A map of crown gaps with an area of more than 2 m2 was also developed. Research activities with the use of laser scanning technology is continued in 2018 (repeated ALS and TLS scanning). The conducted research will allow to determine the influence of the stand structure on factors influencing the occurrence of lichens, including: shaping of microclimatic conditions.

3

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

Wężyk P., Hawryło P., Szostak M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2016

|

Vol. 28

137--156

EN

In recent years the term "precise forestry" has been used more and more often, referring to a modern and sustainable model of forest management. Functioning of such management of wood biomass resources is based, among others, on precisely defined and log-term monitored selected forest taxation parameters of single trees and whole forest stands based on modern geoinformation technologies, including Airborne Laser Scanning (ALS) and digital photogrammetry. The purpose of the work was the analysis of the usefulness of the CHM (Canopy Height Model) generated from the image-based point cloud or ALS technology to define the number of trees using the method of the segmentation of single Scots pine (Pinus sylvestris L.) crowns. The study was carried out in the Scots pine stands located in the Bory Tucholskie National Park (Poland). Due to the intentional lack of certain silviculture treatments, over the recent decades, these forest stands have been characterized by relatively high tree density, compared to managed forests. The CHM was generated from digital airborne photos (CIR composition; GSD 0.15 m) and on the other hand - from the ALS point clouds (4 points/m2 ; ISOK project). To generate point clouds from airborne photos using stereomatching method, the PhotoScan Professional (Agisoft) software was applied. The CHM coming from the Image-Based Point Cloud (CHM_IPC; GSD: 0.30 m) and ALS data (CHM_ALS; GSD: 0.75 m) were generated using FUSION (USDA Forest Service) software. The segmentation of tree crowns was carried out in eCognition Developer (TRIMBLE GeoSpatial) software. Apart from height models, also spectral information was used (so-called true CIR orthophotomaps; GSD: 0.3 and 0.75 m). To assess the accuracy of the obtained results, the ground truth data from 248 reference areas were used. The carried out analyses showed that in forest stands of younger age classes (< 120 years) better results were achieved applying the method of image matching (CHM_IPC), while in the case of older stands (> 120 years) the accuracy of the detection rate of tree crowns was the highest when CHM_ALS model was applied. The mean percentage error (defined by the number of trees, based on the detection of single pine crowns), calculated based on 248 ground truth areas was 0.89%, which shows a great potential of digital photogrammetry (IPC) and GEOBIA. In case of almost full nationwide cover in Poland of airborne digital images (present IPC models) and ALS point clouds (DTM and DSM), at almost 71% forest stands in the Polish State Forests National Forest Holding (PGL LP), one can assume wide application of geodata (available free of charge) in precise modelling of selected tree stand parameters all over Poland.

PL

W ostatnich latach coraz częściej w odniesieniu do nowoczesnej i zrównoważonej gospodarki leśnej używa się terminu "precyzyjne leśnictwo". Funkcjonowanie takiego modelu zarządzania zasobami biomasy drzewnej opiera się m.in. na dokładnie określonych i monitorowanych cyklicznie wybranych parametrach taksacyjnych drzewostanów i pojedynczych drzew w oparciu o nowoczesne technologie geoinformacyjne, w tym lotnicze skanowanie laserowe (ang. ALS) oraz fotogrametrię cyfrową. Celem pracy była analiza przydatności Modelu Koron Drzew (ang. CHM) generowanego z chmur punktów pochodzących z automatycznego dopasowania cyfrowych zdjęć lotniczych (ang. Image-Based Point Cloud) lub z technologii ALS w celu określania liczby drzew metodą segmentacji pojedynczych koron sosen. Badania realizowano w drzewostanach sosnowych (Pinus sylvestis L.) na obszarze Parku Narodowego "Bory Tucholskie". Drzewostany te poprzez celowe zaniechanie w ostatnich dekadach pewnych zabiegów hodowlanych charakteryzowały się stosunkowo dużym zagęszczeniem drzew w porównaniu do drzewostanów gospodarczych. Model Koron Drzew wygenerowano w jednym wariancie ze zdjęć lotniczych CIR (GSD 0.15 m) a w drugim z chmur punktów ALS (4 pkt/m2 ; CODGiK ISOK). Do generowania chmur punktów ze zdjęć lotniczych metodą dopasowania zastosowano oprogramowanie Photoscan Professional (Agisoft). Modele Koron Drzew pochodzące z dopasowania zdjęć lotniczych (CHM_IPC; GSD: 0.30 m) oraz z danych ALS (CHM_ALS; GSD: 0.75 m) zostały wygenerowane w oprogramowania FUSION (USDA Forest Service). Segmentację koron prowadzono w oprogramowaniu eCognition Developer. Oprócz modeli wysokościowych wykorzystano także informację spektralną (tzw. prawdziwe ortofotomapy CIR; GSD: 0.3 i 0.75 m). Do oceny dokładności otrzymanych wyników wykorzystano dane pochodzące z 248 powierzchni referencyjnych. Przeprowadzona analiza wykazała, że w drzewostanach młodszych klas wieku (< 120 lat), lepsze wyniki można osiągnąć stosując metody dopasowania zdjęć (CHM_IPC) natomiast w drzewostanach starszych (> 120 lat) dokładność wykrywania koron drzew jest najwyższa przy stosowaniu wariantu CHM_ALS. Średni błąd procentowy określania liczby drzew w oparciu o detekcję pojedynczych koron sosen obliczony na podstawie 248 powierzchni referencyjnych wyniósł 0.89% co świadczy o ogromnym potencjale fotogrametrii cyfrowej (metod dopasowania zdjęć) oraz analizy obrazu (OBIA; Object-Based Image Analysis). W aspekcie niemal całkowitego pokrycia kraju danymi ALS oraz blisko 70% udziału drzewostanów sosnowych w Lasach Państwowych można założyć szerokie wykorzystanie tych nieodpłatnie dostępnych geodanych w celu zbudowania modelu precyzyjnego leśnictwa dla obszaru całego kraju.

4

The analysis of spatial and temporal changes of land cover and land use in the reclaimed areas with the application of airborne orthophotomaps and LANDSAT images

Szostak M., Wężyk P., Hawryło P., Pietrzykowski M.

Geodesy and Cartography

|

2015

|

Vol. 64, no. 1

75--86

EN

The aim of this study was to investigate the possible use of geoinformatics tools and generally available geodata for mapping land cover/use on the reclaimed areas. The choice of subject was dictated by the growing number of such areas and the related problem of their restoration. Modern technology, including GIS, photogrammetry and remote sensing are relevant in assessing the reclamation effects and monitoring of changes taking place on such sites. The LULC classes mapping, supported with thorough knowledge of the operator, is useful tool for the proper reclamation process evaluation. The study was performed for two post-mine sites: reclaimed external spoil heap of the sulfur mine Machów and areas after exploitation of sulfur mine Jeziórko, which are located in the Tarnobrzeski district. The research materials consisted of aerial orthophotos, which were the basis of on-screen vectorization; LANDSAT satellite images, which were used in the pixel and object based classification; and the CORINE Land Cover database as a general reference to the global maps of land cover and land use.

5

Landscape monitoring of post-industrial areas using LiDAR and GIS technology

Wężyk P., Szostak M., Krzaklewski W., Pająk M., Pierzchalski M., Szwed P., Hawryło P., Ratajczak M.

Geodesy and Cartography

|

2015

|

Vol. 64, no. 1

125--137

EN

The quarrying industry is changing the local landscape, forming deep open pits and spoil heaps in close proximity to them, especially lignite mines. The impact can include toxic soil material (low pH, heavy metals, oxidations etc.) which is the basis for further reclamation and afforestation. Forests that stand on spoil heaps have very different growth conditions because of the relief (slope, aspect, wind and rainfall shadows, supply of solar energy, etc.) and type of soil that is deposited. Airborne laser scanning (ALS) technology deliver point clouds (XYZ) and derivatives as raster height models (DTM, DSM, nDSM=CHM) which allow the reception of selected 2D and 3D forest parameters (e.g. height, base of the crown, cover, density, volume, biomass, etc). The automation of ALS point cloud processing and integrating the results into GIS helps forest managers to take appropriate decisions on silvicultural treatments in areas with failed plantations (toxic soil, droughts on south-facing slopes; landslides, etc.) or as regular maintenance. The ISOK country-wide project ongoing in Poland will soon deliver ALS point cloud data which can be successfully used for the monitoring and management of many thousands of hectares of destroyed post-industrial areas which according to the law, have to be afforested and transferred back to the State Forest.

PL

W wyniku działalności wydobywczej, w tym eksploatacji odkrywkowej, krajobraz naturalny zostaje całkowicie zmieniony, powstają wielkoobszarowe tereny bezglebowe w formie zwałowisk i wyrobisk. W celu powstrzymania degradacji środowiska oraz odtworzenia warunków przyrodniczych konieczne staje się objęcie tych terenów rekultywacją i zalesianiem, z uwzględnieniem różnych warunków wzrostu roślinności, wynikających z ukształtowania terenu (nachylenie, ekspozycja, kierunek wiatru i opadów, dopływ energii słonecznej, itp.) czy rodzaju gruntu. Technologia lotniczego skanowania laserowego (ALS) dostarcza chmury punktów (XYZ) oraz ich pochodne w postaci rastrowych modeli wysokości, które umożliwiają wyznaczenie wybranych parametrów 2D i 3D roślinności (np. wysokość drzewostanów i pojedynczych drzew, wysokość podstawy korony, zwarcie, biomasa, itp). Automatyzacja przetwarzania chmur punktów ALS i integracja wyników w systemach GIS pomaga w podejmowaniu decyzji, dotyczących zabiegów hodowlanych, także na obszarach szczególnie trudnych dla adaptacji roślinności (toksyczne gleby, susze na południowych stokach, obsunięcia ziemi). Ogólnokrajowy projekt ISOK jest źródłem danych pochodzących ze skanowania laserowego, które z powodzeniem mogą być używane do monitorowania i zarządzania wieloma tysiącami hektarów zniszczonych terenów poprzemysłowych, które zgodnie z prawem mają zostać zalesione i przekazane pod działanie Lasów Państwowych.

6

Determination of the spatial structure of vegetation on the repository of the mine "Fryderyk" in Tarnowskie Góry, based on airborne laser scanning from the ISOK project and digital orthophotomaps

Szostak M., Wężyk P., Pająk M., Hawryło P., Lisańczuk M.

Geodesy and Cartography

|

2015

|

Vol. 64, no. 1

87--99

EN

The purpose of this study was to determine the spatial structure of vegetation on the repository of the mine “Fryderyk” in Tarnowskie Góry. Tested area was located in the Upper Silesian Industrial Region (a large industrial region in Poland). It was a unique refuge habitat – Natura2000; PLH240008. The main aspect of this elaboration was to investigate the possible use of geotechniques and generally available geodata for mapping LULC changes and determining the spatial structure of vegetation. The presented study focuses on the analysis of a spatial structure of vegetation in the research area. This exploration was based on aerial images and orthophotomaps from 1947, 1998, 2003, 2009, 2011 and airborne laser scanning data (2011, ISOK project). Forest succession changes which occurred between 1947 and 2011 were analysed. The selected features of vegetation overgrowing spoil heap “Fryderyk” was determined. The results demonstrated a gradual succession of greenery on soil heap. In 1947, 84% of this area was covered by low vegetation. Tree expansion was proceeding in the westerly and northwest direction. In 2011 this canopy layer covered almost 50% of the research area. Parameters such as height of vegetation, crowns length and cover density were calculated by an airborne laser scanning data. These analyses indicated significant diversity in vertical and horizontal structures of vegetation. The study presents some capacities to use airborne laser scanning for an impartial evaluation of the structure of vegetation.

PL

Celem badań była ocena struktury przestrzennej roślinności porastającej zwałowisko odpadów kopalni ”Fryderyk” w Tarnowskich Górach, położone na północnym skraju Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego. Teren, na którym znajduje się zwałowisko należy do sieci Natura 2000 (PLH 240008). Głównym aspektem poruszanym w opracowaniu było określenie możliwości wykorzystania ogólnie dostępnych geodanych dla opracowywania map pokrycia i użytkowania terenu zwałowiska oraz określenia struktury roślinności na tym obszarze. Analizowane materiały to zdjęcia i ortofotomapy lotnicze z lat: 1947, 1998, 2003, 2009, 2011 oraz dane z lotniczego skanowania laserowego (z projektu ISOK, 2011). Efektem opracowania było określenie charakterystyki przestrzennej roślinności na zwałowisku kopalni ”Fryderyk”. Analizy wykazały stopniową ekspansję roślinności na powierzchni hałdy. W 1947 roku 84% powierzchni terenu badań pokryta była przez roślinność niską a w roku 2011 roślinność wysoka zajmowała już około 50% obszaru zwałowiska. Analizy wykazały znaczne zróżnicowanie w poziomej i pionowej strukturze roślinności. W opracowaniu przedstawiono możliwości wykorzystania danych z lotniczego skanowania laserowego dla obiektywnej oceny struktury roślinności.

7

Preliminary results of the monumental tree monitoring based on terrestrial laser scanning - a case study of the Oak Bartek in Zagnańsk (Poland)

Wężyk P., Szostak M., Zięba K., Rysiak P., Hawryło P., Ratajczak M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2015

|

Vol. 27

185--200

EN

In April 2013, the Laboratory of Geomatics launched the project under the acronym “Bartek 3D” in cooperation with the Research Section of Students from the AGH in Krakow, Pedagogical University and the Jagiellonian University as well. The main aim of the project is to monitor the biggest and probably one of the oldest trees in Poland - Oak Bartek in Zagnańsk (N 50o59’14”; E 20o38’59”), based on multi-temporal Terrestrial Laser Scanning (TLS) technology. One of the results of the project should be a 3D model of Oak Bartek and detection of the changes in the shape of the tree. Terrestrial Laser Scanning and the traditional forest inventory measurements were performed during the Leaf-OFF season in April 2013 and April 2014 and repeated in Leaf-ON period in July 2013 and October 2014 with using scanners: FARO FOCUS 3D, RIEGL VZ-400, LEICA C10 and RevScan (HandyScan). The results based on TLS technology showed some differences comparing to existing data obtained by traditional measurements for forestry inventory: • Height (H) of the tree: altimeter Vertex (Haglöf) H = 29.31 m; HTLS = 28.49 m; • Trunk circumference (L) measured with stretched tape: LST = 9.80 m; adjacent along the shape of bark: LT = 13.70 m; TLS measurments: LTLS1/4 = 9.97 m oraz LRevScan = 13.54 m • The average diameter at breast height (DBH130cm) calculated on the basis of 3D basal area of stem DBHTLS1/4 = 3.03 m (DBHT = 3.12 m).

PL

W kwietniu 2013 roku w Laboratorium Geomatyki rozpoczęto projekt „Bartek 3D”, realizowany przy współudziale Sekcji Studenckich Kół Naukowych z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, Uniwersytetu Pedagogicznego w Krakowie oraz Uniwersytetu Jagiellońskiego. Jako cel projektu przyjęto monitoring największego i jednego z najstarszych drzew w Polsce, tj. Dębu Bartek w Zagnańsku, (N:50o59’14”; E: 20o38’59”), prowadzony na drodze cyklicznego naziemnego skanowania laserowego. Jednym z efektów projektu ma być model 3D Bartka oraz opracowanie archiwalnych materiałów kartograficznych wraz z integracją wieloźródłowych danych w środowisku GIS. Skanowanie wykonano w okresie bezlistnym (kwiecień 2013 i 2014) i powtórzono w ulistnionym (lipiec 2013, październik 2014). Wykorzystano nowoczesne skanery naziemne: FARO FOCUS 3D (dzięki uprzejmości AGH w Krakowie, IBL oraz firmy TPI sp. z o.o.), LEICA C10 (AGH), VZ-400 (RIEGL; Laser-3D) a także RevScan HandyScan firmy Creaform (Casp System). Pierwsze wyniki pomiarów Dębu Bartek technologią TLS wykazały pewne różnice w stosunku do istniejących danych pozyskanych metodami tradycyjnymi: • wysokość drzewa - wysokościomierz Haglöf Vertex: H = 29.31 m; analiza chmury punktów: HTLS = 28.49 m; • obwód pnia pomierzony naciągniętą taśmą mierniczą: LST = 9.80 m; przylegającą wzdłuż załamań i szczelin kory: LT = 13.70 m; wyznaczony z pomiarów TLS: LTLS1/4 = 9.97 m oraz LRevScan = 13.54 m; • średnia pierśnica (DBH130cm drzewa obliczona na podstawie pola przekroju DBHTLS1/4 = 3.03 m (DBHT = 3.12 m).