Pulssi- ja vaihe-erokeilaimen vertailu puustomittauksissa

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2017-04-10
Department
Major/Subject
Fotogrammetria ja kaukokartoitus
Mcode
M3006
Degree programme
Geomatiikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
60
Series
Abstract
Maalaserkeilauksen (Terrestrial Laser Scanning, TLS) on viime aikoina osoitettu soveltuvan hyvin puustoparametrien ratkaisemiseen. TLS on tarjonnut useassa tutkimuksessa lupaavia tuloksia esimerkiksi runkojen havaitsemisessa, rinnankorkeuden läpimitan (Diameter at Breast Height, DBH) mittaamisessa, rungon laadun ja muutoksen mittaamisessa sekä puunkorkeuden, puutilavuuden ja biomassan arvioinnissa. Vaikka TLS:n soveltuvuus metsämit-tauksissa on lupaava, on sen suurena ongelmana latvusten läpäisemättömyys. Monet edellä mainituista tutkimuksista on tehty vaihe-erokeilaimella. Osa on tehty pulssikeilaimella, mutta pulssikeilaimen ja vaihe-erokeilaimen välisiä eroja puustomittauksissa ei tiettävästi ole tutkittu. Jotta TLS-laitteistoa voidaan jatkossa hyödyntää laajemmin metsämittauksissa, tulee tietää, kumpi mittaustekniikka siihen parhaiten soveltuu. Tässä työssä verrattiin kahden keilausmenetelmän, pulssimittauksen (Time of Flight, ToF) ja vaihe-eromittauksen (Phase Shift, PS), eroja puustomittauksissa keilaamalla ja pistepilvistä mittaamalla kuudella koealalla. Tutkimuksessa suoritettiin puustomittaukset keilainkohtaisesti jokaiselle koealalle niin yksittäisen (Single-Scan, SS) kuin useamman (Multi-Scan, MS) keilauksen tapauksessa. Puustomittaukset tehtiin sekä manuaalisesti että automaattisesti. Manuaalimittauksissa mitattiin aineistosta havaittujen puunrunkojen lukumäärä, kokonaisten puiden lukumäärä sekä havaitun puun rungon ylin mitattavissa oleva läpimitta. Automaatti-mittaukset suoritettiin tähän tarkoitukseen kehitetyllä algoritmilla. Algoritmi etsi aineistosta kaikki mitattavissa olleet puunrungot, rakensi näkyvänä olleiden puunrunkojen perusteella runkokäyriä ja estimoi puiden korkeudet runkokäyrän perusteella. Tulosten mukaan pulssikeilaimen läpäisykyky on parempi kuin vaihe-erokeilaimen läpäisykyky, kun on kyse puustomittauksista. Jokainen läpäisykykyä indikoiva tulos oli pulssikeilaimella parempi niin SS- kuin MS-mittauksissa. Läpäisykyvyn erot olivat tulosten mukaan kuitenkin merkittävästi suuremmat SS-mittauksissa. Kun verrattiin pulssikeilaimella saatuja tuloksia vaihe-erokeilaimiin SS-tapauksessa, paranivat tulokset keskimäärin seuraavanlaisesti: kokonaisia puita saatiin 52 % enemmän näkyviin, puun runkoja saatiin 10 % enemmän näkyviin ja puunrunkojen läpimitat saatiin mitattua 13 % korkeammalta. Vastaavat luvut MS-tapauksessa olivat 37, 4 ja 10 %. Algoritmin avulla saatiin SS-tapauksessa rungon läpimitta mitattua pulssikeilaimella keskimäärin 6 % korkeammalta. Puita havaittiin samassa mittausasetelmassa keskimäärin noin 16 % enemmän pulssikeilaimen hyväksi. Vastaavat luvut MS-tapauksessa olivat noin 3 ja 7 %.

Terrestrial laser scanning (TLS) has been proved to be a promising technique in tree measurements. In many studies TLS has been proved to provide some promising results in evaluating tree attributes such as number of stems, stem density, diameter at breast height (DBH), tree height, stem curves, stem volume, biomass, stem quality and change of stems. However, TLS measurements face the problem with the bad penetration through branches and leaves. Many previously mentioned studies have been done by using phase-shift (PS) laser scanners (LS). No studies about the difference between PS-scanners and time-of-flight (ToF) scanners in forest inventory could be found. In order to use TLS widely in forest measurements, the differences between TLS techniques have to be known. In this study, the differences between PS-technique and ToF-technique have been compared by scanning and analysing 6 test plots. Tree attributes were measured from each laser scan-ner in Single-Scan (SS) and Multi-Scan (MS) mode. The LS data was analysed manually and automatically. In the manual measurements the number of complete trees, number of stems and the height of the highest measurable point of the stem were measured. In automatic measurements the algorithm locates each stem, creates a stem curve and estimates a height for a tree. The results indicate a better penetration for the ToF-scanner when it is compared to the PS-scanner when it comes to tree measurements. In both measuring modes (SS and MS), each result indicated a better penetration for the ToF-scanner. The biggest difference between ToF and PS was in the SS-mode. The following percentages show how much the ToF results differed from the PS results in the SS-mode: 52 % in finding complete trees, 10 % in finding stems and 13 % in measuring the highest point of the measurable diameter. The corresponding results in the MS-mode were 37 %, 4 % and 10 %. In the automatic measurements, the highest point of the measurable diameter was 6 % better in ToF-data in the SS-mode. In the same mode algorithm found from ToF-data 16 % more stems compared to PS-data. Corresponding results for MS-mode were 3 and 7 %.
Description
Supervisor
Haggren, Henrik
Thesis advisor
Rönnholm, Petri
Liang, Xinlian
Keywords
laserkeilaus, vaihe-erokeilain, pulssikeilain, fotogrammetria, puustomittaukset
Other note
Citation