Aplicaciones de la fotogrametría digital aérea en el inventario forestal

Navarro Fernández, José Antonio (2019). Aplicaciones de la fotogrametría digital aérea en el inventario forestal. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Montes, Forestal y del Medio Natural (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.57694.

Description

Title: Aplicaciones de la fotogrametría digital aérea en el inventario forestal
Author/s:
  • Navarro Fernández, José Antonio
Contributor/s:
  • Guillén-Climent, María Luz
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2019
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Montes, Forestal y del Medio Natural (UPM)
Department: Otro
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

La gestión forestal sostenible y los mecanismos de monitoreo, reporte y verificación de gases de efecto invernadero en proyectos forestales de mitigación del Cambio Climático necesitan de información actual y precisa de los recursos forestales y los stocks de carbono. En este sentido, la información tridimensional (3D) de alta resolución proveniente de sensores aerotransportados ha mostrado ser una fuente útil para caracterizar e inventariar y caracterizar los recursos forestales, permitiendo una mejora en la toma de decisiones. En las últimas décadas, el uso del escáner láser aerotransportado (ALS) se ha usado ampliamente para la caracterización de la estructura de la vegetación en masas forestales y la estimación de variables dasométricas de forma continua. Sin embargo, los recientes avances en capacidad de computación y mejoras en los algoritmos fotogramétricos han motivado un creciente interés en la fotogrametría digital aérea (DAP) como una alternativa económica al ALS. Esta atención a la DAP viene acompañada por dos grandes hechos: la adquisición frecuente y regular de imágenes aéreas por parte de agencias nacionales en multitud de países, y el creciente mercado de los vehículos aéreos no tripulados (UAVs), que hace que estos sean cada vez más asequibles y su utilización más común. Esta tesis, que forma parte de en un proyecto de investigación industrial, tiene como objetivo analizar el uso de la DAP en el inventario forestal a partir de imágenes aéreas adquiridas desde diferentes plataformas y mediante diferentes aproximaciones. Los Capítulos 2 y 3 utilizan métodos de masa (ABA) y nubes de puntos DAP generadas a partir de imágenes tomadas en vuelos tripulados por agencias nacionales, mientras que el Capítulo 4 utiliza métodos de árbol individual (ITC) e imágenes tomadas desde UAV. En el Capítulo 2 se compararon las nubes de puntos ALS y DAP, y se analizó el desempeño de ambas tecnologías en la modelización de distintas variables forestales en una masa de Pinus pinaster Ait. del Sistema Central (España). Los resultados de este estudio mostraron que los datos DAP ofrecen precisiones comparables a los datos ALS en la estimación de variables de inventario. En el Capítulo 3 se plantea un nuevo método para la construcción de modelos de volumen maderable (V) que sean transferibles temporalmente y entre nubes de puntos 3D generadas con ambas metodologías (ALS y DAP). Para ello se han seleccionado variables estables entre las diferentes fuentes de datos DAP y ALS. En este estudio se utilizaron diferentes datos ALS y DAP e información de campo de distintos años de una masa de Pinus sylvestris L. Los resultados de esta investigación sugieren que no sólo es posible generar modelos de V transferibles en el tiempo, sino que también se pueden construir modelos a partir de datos ALS que sean transferibles a nubes de puntos DAP sin una pérdida significativa de precisión. Finalmente, en el Capítulo 4 se plantea una nueva metodología para el inventario de la biomasa aérea (AGB) en plantaciones jóvenes de manglar. En este estudio, los árboles inventariados fueron medidos mediante ITC a partir de nubes de puntos DAP generadas con imágenes de UAV. Los valores de AGB de cada parcela se utilizaron para ajustar modelos de predicción usando datos satelitales radar y multiespectrales como información auxiliar. Los resultados revelaron que las imágenes UAV pueden ser utilizadas mediante DAP para la correcta detección y delineación de las copas de los árboles en la zona de estudio, aunque este método subestimó ligeramente las mediciones de la altura de los pies y el diámetro de copa. La utilización de datos satelitales permitió una mejora significativa de los estimadores poblacionales de AGB. Esta tesis demuestra el gran potencial de la DAP en el campo de los inventarios forestales y el monitoreo de la vegetación. Los resultados revelan que, independientemente de la plataforma utilizada para la adquisición de las imágenes aéreas, la DAP es una tecnología que debe ser tenida en cuenta en los próximos años por los gestores forestales. ----------ABSTRACT---------- Sustainable forest management and monitoring, reporting and verification (MRV) systems of forest-based approaches to climate change mitigation require up-to-date and accurate information on forest resources and carbon stocks. In this regard, three-dimensional (3D) remote sensing data have been proven to be a useful source of information to characterize and inventory forest resources, allowing for enhanced decision making. In the last few decades, airborne laser scanning (ALS) has been widely used to characterize forest structure and for wall-to-wall mapping forest attributes. However, recent advances in computational capacity and photogrammetric algorithms have led to a growing interest in digital aerial photogrammetry (DAP) as a cost-effective alternative to ALS. This emphasis on DAP is matched by two major developments: the regular and frequent acquisition of aerial imagery by national agencies in many countries, and the growing market for unmanned aerial vehicles (UAVs), which makes them increasingly affordable and commonly used. This thesis, which is part of an industrial research project, aims to analyze the use of DAP data in forest monitoring using aerial imagery acquired using different platforms and by using different approaches. An area-based approach (ABA) and DAP point clouds derived from national mapping campaigns imagery were used in Chapters 2 and 3. On the other hand, individual tree crown approach (ITC) and UAV-derived imagery were used in Chapter 4. ALS and DAP point clouds were compared in Chapter 2. In this study, performance of different forest attributes ABA models fitted using ALS and DAP-derived data was compared. This research was conducted on a Pinus pinaster Ait. forest of Central Iberia. The results of this study revealed that predictions accuracy of DAP-based models was comparable to accuracy of ALS-based forest attributes models. Chapter 3 discusses a new method for building growing stock volume (V) which may be transferred not only to point clouds acquired using the same technology (ALS-ALS and DAP-DAP transferability) but also between both technologies (ALS-DAP transferability). For this purpose, stable metrics were selected among the different DAP and ALS data sources used. Field surveys from different years and different DAP and ALS datasets were used. This study was conducted on a Pinus sylvestris L. stand in Central Iberia. The results suggest not only the potential to generate temporal transferable V models, but also to build models from ALS data which can be applied with DAP point clouds without significant accuracy loss. Finally, Chapter 4 proposes a new methodology for above-ground biomass (AGB) in young mangrove plantations monitoring. In this study, surveyed trees were measured with an ITC approach using UAV imagery-derived point clouds. AGB values of each plot were used to fit prediction models using radar and multispectral satellite data as auxiliary information. The results revealed that UAV imagery may be used with DAP for proper detection and delineation of tree crowns in the study area, although this method slightly underestimated tree heights and crown diameters. Multispectral and radar data enabled a significant enhancement of AGB population estimators. This thesis demonstrates the great potential of DAP in forest inventories and canopy monitoring. The results reveal that, regardless of the platform used to collect aerial images, DAP is a technology that must be considered in future by forest managers.

Funding Projects

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Government of SpainDI-15-08093UnspecifiedUnspecifiedUnspecified

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Item ID: 57694
DC Identifier: https://oa.upm.es/57694/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:57694
DOI: 10.20868/UPM.thesis.57694
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 23 Nov 2020 08:00
Last Modified: 21 Apr 2021 22:30
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