Lotnicze skanowanie laserowe w usuwaniu szkód pohuraganowych

Standardowe działania w ramach oceny szkód pohuraganowych zakładają pozyskanie i fotointerpretację ortofotomapy, przez co zakres analizy dotyczy głównie ręcznie wyznaczanego zasięgu uszkodzeń w systemie GIS. Nasze rozwiązanie oparte jest na analizie danych ALS, dzięki czemu możliwa jest również ocena miąższości uszkodzonych drzew. Jednocześnie technologia ALS pozwala na pozyskiwanie danych w nocy, co może pozwolić na skrócenie czasu pozyskania danych. Metodyka zakłada również znaczącą automatyzację prac, w celu przyspieszenia procesu oceny.

zakres - powiększenie oceny o miąższość uszkodzonych drzew

bezpieczeństwo - metoda całkowicie zdalna,

skalowalność - możliwość aplikacji na bardzo dużym obszarze,

szybkość - bardzo krótki czas analizy danych,

oszczędność - znaczne ograniczenie prac terenowych na etapie oceny szkód.

OCENA SZKÓD W PODEJŚCIU POWIERZCHNIOWYM

OCENA SZKÓD W PODEJSCIU MIĄŻSZOŚCIOWYM

ANALIZA USZKODZEŃ DRÓG I SIECI PRZESYŁOWYCH

Metodę opracowaliśmy analizując dane dla nadleśnictwa Stare Jabłonki, gdzie w dniu 18.07.2019 r. wystąpiły uszkodzenia drzewostanów spowodowane działaniem huraganu.
Rozwiązanie opiera się o wykorzystanie danych ALS z okresów przed i po wystąpieniu zniszczeń. 27.07.2019 r., czyli już 9 dni po wystąpieniu huraganu przeprowadziliśmy nalot i pozyskaliśmy chmury punktów o łącznej gęstości 32 pkt/m², przy użyciu dwukanałowego skanera laserowego Riegl VQ-1560i-DW. W eksperymencie wykorzystaliśmy również archiwalne chmury punktów z 2012 r., charakteryzujące się gęstością 4 pktlanding_pages/szkody_pohuraganowe/m², pozyskane w ramach projektu ISOK i udostępnione przez Główny Urząd Geodezji i Kartografii.

Metodyka

Na podstawie różnic wysokościowych modeli koron (WMK), z okresów przed i po wystąpieniu zniszczeń automatyczne wskazane zostały miejsca potencjalnych uszkodzeń koron drzew.

Następnie wykonano segmentację koron drzew na archiwalnym modelu WMK.

Nałożenie zasięgu uszkodzeń na wektorową warstwę wydzielonych w drodze segmentacji koron, pozwoliło na selekcję uszkodzonych drzew.

Metodyka

Dla wydzielonych koron drzew obliczana jest miąższość za pomocą modeli predykcyjnych opracowanych na podstawie pomiarów drzew na powierzchniach próbnych, zgromadzonych w trakcie realizacji Planu Urządzenia Lasu (PUL). Modele predykcyjne utworzyliśmy dla ośmiu głównych gatunków lasotwórczych: sosny, świerka, jodły, modrzewia, dębu buka, brzozy i olchy. Do utworzenia modeli zastosowaliśmy metodę uogólnionych modeli addytywnych (GAM), w których wykorzystaliśmy dwie zmienne objaśniające: wysokość drzewa oraz wiek drzewostanu.

Dokładność

W ramach kontroli porównaliśmy wartości rzeczywistej ilości pozyskanego drewna w 28 wydzieleniach w ramach uprzątania szkód pohuraganowych z miąższością oszacowaną z wykorzystaniem danych ALS. Uzyskane wyniki wskazują na niedoszacowanie miąższości grubizny pozyskanej w ramach uprzątania szkód pohuraganowych na poziomie 8.4%. Jednocześnie należy mieć na uwadze, że w ramach cięć uprzątających często wycina się także pojedyncze drzewa lub ich grupy, które nie zostały połamane lub wywrócone, ale są otoczone przez uszkodzony drzewostan. Chmura punktów ALS została pozyskana dziewięć dni po wystąpieniu huraganu, kiedy nie były jeszcze wykonane prace uprzątające, co ma istotny wpływ na obserwowaną rozbieżność wyników.

Metodyka

Wykorzystanie danych ALS w połączeniu z wybranymi warstwami geometrycznymi Leśnej Mapy Numerycznej (LMN) oraz bazą SILP pozwala także na automatyczne wskazanie fragmentów dróg, linii energetycznych i innych obiektów, objętych działaniem huraganu. Po zawężeniu analizy do obiektów znajdujących się w zasięgu potencjalnych uszkodzeń możliwe jest dokładne wskazanie i zliczenie powalonych drzew. W tym celu przefiltrowaliśmy dane ALS tak, aby przedstawiały jedynie pnie drzew. Wizualna interpretacja umożliwiła nam precyzyjne określenie liczby wywróconych drzew znajdujących się na drogach.

Opracowanie powstało w ramach projektu „Treequant - Opracowanie samouczącej się informatycznej platformy analitycznej wspomagającej proces zarządzania lasami w oparciu o dane obrazowe z kamer fotogrametrycznych oraz chmury punktów multi-spektralnego skanera laserowego” we współpracy z pracownikami Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie oraz Nadleśnictwa Dobrocin, metodę zdalnej oceny szkód pohuraganowych.

Lotnicze skanowanie laserowe w usuwaniu szkód pohuraganowych

Zalety wykorzystania danych ALS w szacowaniu szkód:

Zakres oceny szkód pohuraganowych

Case study - Stare Jabłonki

Ocena szkód w podejściu powierzchniowym:

Ocena szkód w podejściu miąższościowym

Detekcja wywrotów na drogach i liniach energetycznych na podstawie interpretacji wizualnej