Bevoksningshøjde målt med luftbåren laserscanning

Laserscanning er meget velegnet til at bestemme bevoksningshøjder – både for løv- og nåletræ. Faktisk har scanningen vist sig så effektiv, at den muligvis er mere præcis end den klassiske måling af træhøjder fra jorden.

Hvad er LiDaR

Laserscanning (ofte benævnt Light Detection and Ranging, LiDaR) er en metode til afstandsmåling, der minder en del om et almindeligt ekkolod. En nærinfrarød lysimpuls udsendes fra laserscanneren og reflekteres fra overfladen af et objekt.

Illustration af luftbåren laserscanning — Figur 1. Ved luftbåren laserscanning over skov reflekteres lysimpulsen fra flere forskellige overflader såsom kviste, grene, stammer og jordoverfladen.

Lysets rejsetid kan efterfølgende omskives til afstanden mellem scanneren og objektet når lysets hastighed er kendt. Er scannerens position kendt i tre dimensioner sammen med udsendingsvinklen, kan positionen af den reflekterende overflade bestemmes. Laserscanneren kan stå på jorden (terrestrisk laserscanning) eller monteres i et fly (luftbåren laserscanning). Luftbåren laserscanning er almindeligt brugt til at bestemme terrænhøjder.

Når lysimpulsen ved luftbåren laserscanning sendes mod jorden, vil den ofte reflekteres fra flere forskellige overflader. Disse kan omfatte forskellige menneskeskabte strukturer (højspændingsledninger, huse, broer mv.), træer, buske og jordoverfladen.

For bestemmelse af terrænhøjden anvendes alene refleksioner fra jordoverfladen (den sidst registrerede refleksion), men refleksioner fra overflader over terræn i skov kan anvendes til at estimere variabler relateret til skovens højde og tæthed. Dette studie demonstrerer, hvordan laserscanningdata optaget i forbindelse med udviklingen af et højdekort for Danmark kan anvendes til at bestemme kronetagets højde i skovbevoksninger.

Laserscanning i Danmark

I forbindelse med udviklingen af et højdekort for Danmark gennemførte COWI A/S en luftbåren laserscanning af hele landet i perioden 2006-2007. Scanningen blev gennemført før løvspring. Scanneren var monteret i et fly, der havde en gennemsnitlig flyvehøjde på 1600 meter, og impulserne blev udsendt i en vinkel på +/- 24º (fra origo) under flyet med en frekvens på 70 kHz. Impulserne havde en omtrentlig diameter på 50 cm ved jordoverfladen, og der var omtrent en impuls per 1,6 m². Kun positionen og lysintensiteten af den første og den sidste refleksion fra hver impuls blev optaget af laserscanneren.

Illustration af den 3-dimensionelle position af reflektioner fra kronetaget og jordoverfladen i et koordinatsystem — Figur 2. Den 3-dimensionelle position af reflektioner fra kronetaget og jordoverfladen (første og sidste refleksion) på NFI-prøveflade 1572A. Skovvejen, der går igennem prøvefladen, ses tydeligt i resultatet af laserscanningen.

Som reference anvendte vi data fra Danmarks Skovstatistik indsamlet i årene 2006 og 2007. Skovstatistikkens prøveflader har en radius på 15 meter. På 2-6 træer per prøveflade måltes træets diameter og højde samt højden af de to dominerende træer inden for prøvefladen. Sammenhørende diameter- og højdemålinger blev anvendt til at konstruere en diameter-højderegression, der efterfølgende blev anvendt til at bestemme bevoksningens dominerende højde. Bevoksningshøjden blev bestemt på sammenlagt 2025 prøveflader målt i 2006-2007.

Bevoksningshøjden kan estimeres med LiDaR

Bevoksningshøjden kan måles med laserscanning som forskellen mellem højden af de højeste (første) refleksioner og de laveste (sidste) refleksioner fra jordoverfladen. Hvor langt ned i kronetaget lysimpulsen trænger før den rammer en flade og reflekteres, og dermed den målte bevoksningshøjde, er imidlertid delvis afhængig bevoksningens tæthed og sammensætning.

Fra det landsdækkende laserscanning-datasæt udtrak vi de refleksioner, der svarede til de enkelte prøveflader. På baggrund af prøvefladevise data afledte vi en lang række variabler, der beskriver fordelingen af refleksionernes højde over jorden (impulsfordelingen). Disse variable inkluderer bl.a. minimum, maksimum, middel og spredning samt forskellige percentiler af fordelingen både for impulsernes første og sidste refleksioner. Disse variable indgik i en regressionsanalyse af sammenhængen med bevoksningens dominerende højde målt på prøvefladen. Analysen viste, at det var muligt at opstille en model, der kunne forklare en meget stor del (93,6 %) af variationen i den dominerende højde.

Graf over sammenhængen mellem den dominerende bevoksningshøjde og 95 percentilen af impulsfordelingen — Figur 3. Sammenhængen mellem den dominerende bevoksningshøjde målt på skov-statistikkens prøveflader og 95 percentilen af impulsfordelingen (første refleksion). Prikker (fuldt optrukken tendenslinie) er bevoksninger domineret af nåletræ mens cirkler (stiplet tendenslinie) er bevoksninger domineret af løvtræ.

Modellen indeholder variabler, der beskriver bevoksningens højde og tæthed samt en variabel der formentlig er relateret til artssammensætningen i bevoksningen.

Resultaterne peger på, at laserscanning er meget velegnet til at bestemme bevoksningshøjder – både for løv- og nåletræ. Faktisk har scanningen vist sig så effektiv, at den muligvis er mere præcis end den klassiske måling af træhøjder fra jorden. Laserscanningen har på denne baggrund været anvendt til at validere målingerne i Danmarks Skovstatistik.

Den stærke sammenhæng mellem skovbevoksningernes biofysiske karakteristika og variable afledt fra fordelingen af laserrefleksionernes højde over jorden antyder potentialet i at anvende laserscanning til at opgøre skovressourcer for større områder.

Litteratur

Nord-Larsen, T. & Riis-Nielsen T. 2010: Developing an airborne laser scanning dominant height model from a countrywide scanning survey and national forest inventory data. Scandinavian Journal of Forest Research 25, 262-272.

Videnblad nr.: 09.00-01
Forfattere: Thomas Nord-Larsen og Torben Riis-Nielsen