برآورد قطر متوسط تاج درختان با استفاده از تصاویر هوایی پهپاد برمبنای روش‌های قطعه‌بندی چندمقیاسه و حوزۀ آبخیز (مطالعۀ موردی: جنگل خیرود)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران- گروه جنگلداری و اقتصاد جنگل. کرج

2 استاد دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج.

3 استادیار دانشکده مهندسی نقشه برداری و اطلاعات مکانی، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران،

4 استاد دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

چکیده

تصویر ارتوفتو موزائیک و مدل رقومی ارتفاع که از پردازش تصاویر هوایی پهپاد به‌دست می‌آیند، داده‌های باارزشی‌اند که در برآورد مشخصات تک‌درختان می‌توان از آنها استفاده کرد. در همین زمینه، با استفاده از یک پهپاد بال‌چرخان عمودپرواز، دو برداشت در فصل‌های رویش و خزان انجام گرفت و با استفاده از مدل‌های رقومی زمین (DTM) و سطح (DSM)، مدل ارتفاع تاج‌پوشش (CHM) تهیه شد. محدودۀ تاج درختان با دو رویکرد تعیین شد. در رویکرد اول، از ارتوفتوموزائیک و روش قطعه‌بندی چندمقیاسه و در رویکرد دوم، از مدل ارتفاعی تاج‌پوشش و روش حوزۀ آبخیز برای قطعه‌بندی استفاده شد. به‌منظور بررسی قابلیت این رویکردها در برآورد قطر متوسط تاج درختان، مختصات دقیق و قطر تاج 95 اصله درخت در عملیات میدانی اندازه‌گیری و با مقادیر برآوردشده مقایسه شد. نتایج نشان داد که قطر تاج درختان اندازه‌گیری‌شده در جنگل، همبستگی زیادی با مقادیر برآوردشده با روش‌های چندمقیاسه (88/0 = R2) و حوزۀ آبخیز  (92/0 = R2) دارد. بهترین نتیجۀ برآورد قطر تاج درختان با استفاده از روش حوزۀ آبخیز به‌دست آمد (% 97/5 = MAE و % 02/7 = RMSE). همچنین براساس نتایج، اختلاف معنی‌داری بین مقادیر اندازه‌گیری‌شده و برآوردشده با روش حوزۀ آبخیز مشاهده نشد. درحالی‌ که بین مقادیر اندازه‌گیری‌شده و برآوردشده با روش چندمقیاسه اختلاف معنی‌داری (سطح 5 درصد) وجود داشت. نتایج پژوهش نشان داد که این رویکرد می‌تواند به‌عنوان روشی دقیق و ارزان در برآورد قطر متوسط تاج درختان استفاده شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimating Mean Tree Crown Diameter using UAV Imagery Based on Multi Resolution and Watershed Segmentation Methods (Case study: Kheyrud Forest)

نویسندگان [English]

  • Vahid Nasiri 1
  • Ali asghar Darvishsefat 2
  • Hossein Arefi 3
  • Manochehr Namiranian 4
1 Ph.D. Student., Dept. of Forestry and Forest Economics, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, I. R. Iran
2 Prof., Dept. of Forestry and Forest Economics, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, I. R. Iran
3 Assistant Professor, School of Surveying and Geospatial Engineering, College of Engineering, University of Tehran,
4 Prof., Dept. of Forestry and Forest Economics, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, I. R. Iran
چکیده [English]

Orthphoto mosaic, and digital elevation models (DEMs) that created from UAV imagery can be used to delineate tree crowns. The goal of this research is to compare two segmentation techniques in the estimation of crown diameter. In this regard, two successful flights were carried out in two different seasons (leaf-off and leaf-on). Then we generated accurate CHM through a photogrammetric workflow using DTM and DSM. We used invert watershed (IWS) and multiresolution segmentation (MRS) to detect tree crowns on CHM and orthophoto mosaic, respectively. To compare the estimates of mean crown diameter from UAV images with actual values, 95 trees were measured. The results of comparing the estimated and field measured values showed that all two algorithms effectively delineate tree crowns. The results of linear regression showed there is a high agreement between estimated and measured values, which were (R2=0.88) for MRS and (R2=0.92) for IWS. The best result was obtained using IWS techniques (RMSE= 7.02 % and MAE = 5.97 %). T-test results showed that there are no significant differences between the field measurement and IWS estimated values. Although the t-test result showed there are significant differences between the means of MRS estimated and measured crown diameters, but based on RMSE (8.74 %) and MAE (8.11 %) of the MRS technique, the error of crown diameter estimation was small and therefore acceptable. Finally, the results showed that this methodology, as an accurate and low-cost process, could be used to estimate mean tree crown diameter.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Forest inventory
  • Tree crown delineation
  • UAV
  • Segmentation
  • Canopy height model