Messung der Baumhöhe mit LiDAR

Amanda Lind | 27.02.2024 |Umweltmanagement

Wälder sind ein Reichtum an Leben, sie bieten Lebensraum für Wildtiere und Holzressourcen zum Nutzen des Menschen. Daher sind Waldbeobachtungen ein wichtiger Bestandteil vieler Datensammlungen über natürliche Ressourcen. Die Baumhöhe ist einer der am häufigsten verwendeten Indikatoren für den Standortindex eines Ökosystems, d. h. seine Fähigkeit, Bäume wachsen zu lassen. Sie wird auch zur Quantifizierung von Holzressourcen und zur Messung des Kohlenstoffbestands in Wäldern verwendet und ist für ökologische Studien von grundlegender Bedeutung. Lidar und andere Fernerkundungsmethoden haben sich zu einem Standardverfahren für die Vermessung moderner Wälder entwickelt. Um dichte Baumkronen zu durchdringen, verwenden Förster Lidar-Daten in Global Mapper Pro, um die Höhenwerte des nackten Bodens zu kartieren und die Walddichte, Kronenbedeckung und Baumhöhen zu visualisieren. Waldbegehungen für manuelle Messungen kosten Zeit und Arbeitskraft. Die Vermessung von Wäldern mit Lidar sowie andere Messungen des Lebens, wie z. B. der Deckung des Mittelwaldes und des freiliegenden Bodens, ermöglichen den Förstern ein besseres Verständnis der vorhandenen Bestandsdynamik zu einem Bruchteil der Arbeitskosten.

Lidar-Klassifizierung

Lidar liefert präzise und genaue Schätzungen der Waldhöhe. Unabhängig davon, ob das Lidar von einem Benutzer gesammelt oder von einer kostenlosen Online-Ressource heruntergeladen wurde, wird das umfangreiche Lidar-Toolset von Global Mapper verwendet, um die Daten für die Analyse und Merkmalsextraktion vorzubereiten.

Die automatischen Lidar-Klassifizierungsoptionen weisen jedem Punkt ein Attribut zu und identifizieren sie als Merkmale zur Verbesserung der menschlichen Visualisierung und der Computerverarbeitung. Die Klassifizierung von Rauschen ist besonders in stark bewachsenen Gebieten wichtig, da hier häufig Ausreißer auftreten, die bei der weiteren Verarbeitung nicht berücksichtigt werden müssen. Als Nächstes werden auf der Grundlage der Punktwolkenstruktur automatisch Boden- und dann Vegetationsklassifizierungen zugewiesen. Nach der Klassifizierung wird die Punktwolke in Global Mapper zur Erstellung von 3D-Produkten wie digitalen Geländemodellen, topografischen Karten und anderen verwendet.

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Die Punktklassifizierung trennt die Vegetation von den Bodenpunkten, ein wesentlicher Schritt bei der Verarbeitung von Walddaten.

Andere optionale Vorverarbeitung

Viele der online verfügbaren Lidar-Punktwolken, wie z. B. die des USGS, werden vor der Veröffentlichung vorverarbeitet und erfordern keine große Klassifizierung oder Qualitätskontrolle. Diese Punktwolken, die einfach von Global Mapper's Online Data Tool heruntergeladen werden können, eignen sich hervorragend als Kontrolle für Benutzer, die ihre Daten sammeln. Mit den Tools Lidar QC und Fit Point Cloud von Global Mapper können Benutzer die Genauigkeit von Punktwolken messen und verbessern. Durch den Vergleich der Punktwolke mit GPS-erfassten Bodenkontrollpunkten oder einer anderen Punktwolke mit bekannter Genauigkeit kann die Punktwolke so angepasst werden, dass sie besser zu realen Messungen passt. Diese Werkzeuge ermöglichen auch das einfache Zusammenführen von zwei separaten Punktwolken und das Messen zwischen ihnen.

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Das Extraktionswerkzeug bietet Einstellungen zur Anpassung an unterschiedliche Waldstrukturen.

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Im 3D-Viewer von Global Mapper werden die generierten 3D-Punkte auf die Höhe der Bäume skaliert, so dass eine virtuelle Tour durch den Wald zusätzlich zu den vorhandenen Daten möglich ist.

Verwendung der gemessenen Baumhöhen

Sobald die Baumhöhen gemessen wurden, können die Vektorwerkzeuge von Global Mapper zum Sortieren und Kategorisieren der Punkt- und Flächenmerkmale verwendet werden. Mit dem Werkzeug "Vektordaten suchen" können Sie Bäume sortieren und zählen, die in verschiedene Höhenklassen passen. Boolesche Operatoren sind einfach zu verwenden und geben Ihnen die Möglichkeit, Ihre Höhenklassen festzulegen. Nachdem die Baumpunkte ausgewählt wurden, können sie in eine eigene Ebene kopiert werden. Es können Wärmekarten erstellt werden, um Baumgruppen zu identifizieren und so dichte Bereiche zu erkennen, die möglicherweise ausgelichtet werden müssen, wie im folgenden Screenshot gezeigt. In diesen Wärmekartenrastern werden Bereiche mit hoher und niedriger Punktdichte farblich hervorgehoben.

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Das Werkzeug Wärmekarten aus Punktmerkmalen erstellen bildet die Dichte von Punkten oder Attributen wie der Baumhöhe ab und hebt alle Cluster mit ähnlichen (rot) oder unterschiedlichen (blau) Höhen hervor.

Visualisierung räumlicher Muster in den Baumkronenhöhen

Ein Kronendachhöhenmodell (CHM) ist eine Rasterebene, die die Baumhöhen als kontinuierliche Fläche darstellt. Es stellt die Höhe des höchsten Punktes über dem Boden dar, ohne von Änderungen der Bodenhöhe beeinflusst zu werden. CHMs können in Global Mapper Pro leicht erstellt werden, indem man ein DTM (digitales Geländemodell), das den Boden darstellt, ein DSM (digitales Oberflächenmodell), das die Bäume darstellt, erstellt und diese subtrahiert. Weitere Informationen und eine schrittweise Anleitung zur Erstellung von Baumkronenhöhenmodellen finden Sie in diesem Blog.

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Die Visualisierung der Kronenhöhe eines Waldes als Ganzes hilft, Trends im gesamten Bestand zu erkennen.

Bewertung der Unterholz-Vegetation

Die unter dem Kronendach wachsende Vegetation bietet Nahrung und Schutz für Wildtiere. Die Messung der Höhe dieses Unterwuchses kann ein Indikator für den Gesundheitszustand des Waldes sein, sei es bei der Beurteilung des Jungwuchses für die Bestandserneuerung oder bei der Feststellung, ob in einem Holzbestand Konkurrenz entfernt werden muss. Dichtes Lidar, besonders in der laubfreien Zeit, durchdringt die Baumkronen, um den Boden und den Unterwuchs sichtbar zu machen. Das Pfadprofil von Global Mapper wird verwendet, um diese unter dem Kronendach verborgenen Lidar-Punkte zu erfassen. In den folgenden Bildern zeigt der Pfadprofil-Viewer, wie die Vegetation in der Nähe von Straßenrändern mehr Sonnenlicht abbekommt, das eine dichte Unterholzschicht nährt, als in der Mitte des Waldes, wo der Boden im Schatten liegt.

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Das Werkzeug Pfadprofil wird verwendet, um Daten aus einer senkrechten Perspektive zu sehen und die Bodenbedeckung und die Vegetation zu beurteilen.

Digitalisierung von Gebieten mit geringem Bewuchs

Dichte Baumkronen konkurrieren um das Sonnenlicht und beeinflussen die künftige Artenbildung im Wald, indem sie bestimmen, welche Bäume verdrängt werden und schließlich aussterben. In Bereichen ohne Baumkronen ist die Verfügbarkeit von Sonnenlicht erhöht, was das Wachstum einer größeren Vielfalt von Pflanzenarten ermöglicht. Diese freiliegenden Flächen sind ein wichtiger Bestandteil einer gesunden Waldstruktur und können in älteren Wäldern ein Indikator für den Gesundheitszustand des Waldes sein, wenn man die Anzahl der umgestürzten Bäume des alten Baumbestands zählt. Die Vermessung dieser Flächen zu Fuß ist eine mühsame Aufgabe, aber mit Global Mapper lassen sich Hektar von Land in wenigen Minuten vermessen. Durch die Erstellung von Rastern aus Lidar-Daten, die Gebiete mit Waldkronen und dem Boden darstellen, wird der Unterschied zwischen den Flächen berechnet und gemessen. In den unten gezeigten Daten wurden den Rastern neue Werte zugewiesen, vektorisiert und dann ausgeschnitten.

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Streichen Sie über die Karte, um Polygone zu sehen, die Gebiete ohne Waldbedeckung abgrenzen, die mit den Global Mapper-Werkzeugen für Höhen- und Vektorbearbeitung aus Lidardaten erstellt wurden.

Auch andere Bodenmessungen, die für Förster von Nutzen sind, können aus Lidar-Daten extrahiert werden, z. B. Neigungswerte, die aus Lidar-Höhenmodellen abgeleitet werden, um steile Bereiche zu markieren, die vermieden werden sollten. Versuchen Sie bei der Planung einer Straße, mit dem Werkzeug für die Geländemalerei alle Böden, die abgetragen werden müssen, zu visualisieren und anschließend zu vermessen. Weitere Informationen zur Messung von Wäldern in Global Mapper finden Sie in unserem anderen Branchenszenario zur Überwachung von Waldveränderungen.

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