研究团队介绍自动森林测绘技术的进步

闪电是如何从天空传播到地面的，这激发了一种新算法方法背后的概念，该方法可以在自动森林映射中以数字方式将单个树木与其森林分开。

“当闪电从天空传播到地面时，它会找到穿过大气层的阻力最小的路径，”博士约书亚卡彭特说。普渡大学莱尔斯土木工程学院的学生。这使他以同样的方式思考他的数字森林数据或点云。

“如果我能以某种方式将这个点云中的所有点都视为阻力最小的路径，那将告诉我有关树所在位置的一些信息，”卡彭特说。这个概念也适用于植物生物学的观点。

“树上的每一片叶子都需要提供养分，而养分来自地面。因此，我们找到了从树冠到地面的树木养分最短路径。”

Carpenter 和四位普渡大学的合著者最近在Remote Sensing杂志上发表了他们测绘方法的详细信息。这种方法意味着在一次快速且高精度地绘制几棵树与绘制数百英亩之间的区别。它还可能导致制作森林的数字双胞胎，从而可以改善面对气候变化、疾病​​爆发和人口增长的管理规划。

“我们开发了一种新的个体树木分割算法，可用于对大面积的树木进行清点，”文章的合著者、土木工程助理教授 Jinha Jung 说。Carpenter 是 Jung 的地理空间数据科学实验室的成员，该实验室专门从事制图和测量。

“本文的另一个贡献是如何使用从地面收集的数据评估分割算法的性能，”Jung 说。

与当前的技术水平相比，根据大多数指标，该算法已被证明更准确，通常有很大的差距。验证涉及直接标记和测量田间的单棵树木，以与在地面和一年中不同时间在空中收集的 LiDAR 数据相关联，以捕获多叶和无叶的树木。

该团队仍在解决由他们的三种数据收集方法引起的问题：摄影测量(从 2D 照片创建 3D 图像)和两种类型的 LiDAR(空中和地面)。

点云中的数据具有相同的结构，但来自每种方法的数据包含不同的异常。人们可能会很好地捕捉树冠顶部的细节，但会错过树干的元素，反之亦然。有时，景观中的功能也会阻止数据收集。

“目标是使用所有不同的点云来制作灵活的算法，”卡彭特解释说。“但是想出一种方法来处理每个特定的异常情况是具有挑战性的。”

普渡大学团队在校园以东约 8 英里处占地 400 英亩的马爹利森林工作，继续扩大其技术范围。

“我们怎样才能从几百英亩到几千或几十万，然后到地球上的每一棵树?这就是未来，”文章的合著者、林业和自然遥感学院院长兼教授费松林说。资源。“问题是如何扩大规模。”

盘点需要进行繁琐的实地工作，以采样 5% 或 10% 的区域。“100% 的库存从来都不是一种选择。这篇论文展示了可以对每棵树进行普查的技术。我们谈论的是一个巨大的飞跃，”费说。

遥感论文侧重于森林测绘，但需要更多的算法来实现完整的清单。

“我们可以用这些数据进行直径测量。但是其他关键库存特征，如直线度、木材等级或物种识别呢?这些还有待完成，”费说。

这些技术现在可以生成整个森林的数字双胞胎，以查看冰暴或大风的潜在影响。

“如果你制定了森林管理计划，你不能只是采伐树木，看看它的样子，”费指出。“但在数字世界中，你可以砍掉任何你想要的树，也可以把它放回去。这样你就可以进行模拟和更好的管理规划。”

近几十年来，地理空间数据极大地增加了农业产量。普渡大学的研究人员试图为林业做同样的事情，林业是建筑和燃料的重要原材料来源。毁灭性的野火和入侵物种摧毁了大片美国板栗和白蜡树，现在人们将注意力集中在森林的重要性上。

“我们已经成功地将所有这些技术应用于农业，”卡彭特说。“但其他领域现在需要我们关注。”