Voxelraum-basierte Analyse dämpfungskorri­gierter Waveforms

Titel des Projekts

Volumetrische Rekonstruktion von Waldbeständen aus flugzeugbasierten Fullwaveform Laserscannerdaten

Förderung

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Motivation

Flugzeuglaserscanning hat sich im Laufe der vergangenen Jahre zu einem anerkannten Messverfahren für die effiziente Akquisition forstinventur-relevanter Daten entwickelt. Seit wenigen Jahren sind operationelle Full-waveform Laserscannersysteme verfügbar, welche eine komplette zeitaufgelöste Digitalisierung des Echos jedes Laserpulses liefern. In Forstanwendungen liefern solche Scanner zusätzlich zum digitalen Gelände- und Kronenmodell wertvolle Information über die vertikale Vegetationsstruktur und -dichte.

Ziele und Aufgaben

Das Ziel des Vorhabens liegt darin, Verfahren zu entwickeln um aus Full-waveform Laserscannerdaten volumetrische Repräsentationen von Forstständen mit hoher geometrischer und radiometrischer Qualität zu generieren. Über bisherige Ansätze hinaus liefern diese volumetrischen Repräsentationen in einer Voxelstruktur eine detaillierte geometrische Beschreibung des Kronenraums sowie des Stammbereichs und des Unterholzes. Sie liefern damit eine Grundlage für die Anwendung von 3D-Segmentierungsverfahren mit dem Ziel Einzelbäume zu extrahieren und aus multi-temporalen Daten Biomasse (und -änderungen) mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Die Generierung einer Voxeldarstellung der Full-waveform Laserscannerdaten erfordert eine Reihe von geometrischen und radiometrischen Transformationen der Rohdaten. Zur weiteren Verbesserung der radiometrischen Qualität sollen Modelle entwickelt werden, die die Interaktion zwischen den Laserpulsen und der Vegetation approximieren. Nach einer Vorverarbeitung des entstandenen Voxelraumes durch Schließen von Lücken, Handling von Redundanzen und Filterung der Daten, sollen u.a. Änderungsanalysen zwischen verschiedenen Messepochen durchgeführt werden um quantitative Veränderungen (z.B. Wachstum) in Forstständen zu detektieren.

Die folgende Abbildung zeigt zwei Voxelräume einer Fichtengruppe, die durch Eintragung der Fullwaveform ALS Daten entstanden sind. Die Voxelattribute wurden zum einen aus den rohen Amplituden der Waveform-Samples (links) und zum anderen aus den dämpfungskorrigierten Amplituden (rechts) abgeleitet. Nach der Korrektion ist deutlich eine Verstärkung der unteren Voxel zu erkennen.

© IPF

Das folgende Video zeigt den dämpfungskorrigierten Voxelraum überlagert mit der zugehörigen extrahierten Punktwolke und Baumstandorten, die automatisch aus dem Voxelraum ermittelt wurden.

Relevante Publikationen

Danksagung

Wir danken der Milan Geoservice GmbH für die Datenaufnahme und -bereitstellung sowie für den Support.

Kontakt

• Prof. Dr. habil. Hans-Gerd Maas (Leitung)
• Dipl.-Ing. Katja Richter, Dipl.-Ing. Nadine Stelling (Bearbeitung)