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3-D mapping of a multi-layered Mediterranean forest using ALS data / António Ferraz in Remote sensing of environment, vol 121 (June 2012)
[article]
Titre : 3-D mapping of a multi-layered Mediterranean forest using ALS data Type de document : Article/Communication Auteurs : António Ferraz , Auteur ; Frédéric Bretar, Auteur ; Stéphane Jacquemoud, Auteur ; Gil Rito-Gonçalves , Auteur ; Luisa Pereira, Auteur ; Margarida Tomé, Auteur ; Paola Soares, Auteur Année de publication : 2012 Article en page(s) : pp 210 - 223 Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Lasergrammétrie
[Termes IGN] algorithme de décalage moyen
[Termes IGN] biomasse (combustible)
[Termes IGN] carte en 3D
[Termes IGN] cartographie 3D
[Termes IGN] données lidar
[Termes IGN] données localisées 3D
[Termes IGN] Eucalyptus globulus
[Termes IGN] forêt méditerranéenne
[Termes IGN] hauteur de la végétation
[Termes IGN] Pinus pinaster
[Termes IGN] Portugal
[Termes IGN] régression linéaire
[Termes IGN] semis de points
[Termes IGN] strate végétaleRésumé : (Auteur) This study presents a robust approach for characterization of multi-layered forests using airborne laser scanning (ALS) data. Fuel mapping or biomass estimation requires knowing the diversity and boundaries of the forest patches, as well as their spatial pattern. This includes the thickness of the main vegetation layers, but also the spatial arrangement and size of the individual plants that compose each stratum. In order to decompose the ALS point cloud into genuine 3-D segments corresponding to individual vegetation features, such as shrubs or tree crowns, we apply a statistical approach based on the mean shift algorithm. The segments are progressively assigned to a forest layer: ground vegetation, understory or overstory. Our method relies on a single biophysically meaningful parameter, the kernel bandwidth, which is related to the local forest structure. It is validated on 44 plots of a Portuguese forest, composed mainly of eucalyptus (Eucalyptus globulus Labill.) and maritime pine (Pinus pinaster Ait.) trees. The number of detected trees varies with the dominance position: from 98.6% for the dominant trees to 12.8% for the suppressed trees. Linear regression models explain up to 70% of the variability associated with ground vegetation and understory height. Numéro de notice : A2012-730 Affiliation des auteurs : MATIS+Ext (1993-2011) Thématique : IMAGERIE Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1016/j.rse.2012.01.020 Date de publication en ligne : 03/03/2012 En ligne : https://doi.org/10.1016/j.rse.2012.01.020 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=91079
in Remote sensing of environment > vol 121 (June 2012) . - pp 210 - 223[article]
Titre : Cartographie 3D d’une forêt à partir de données LiDAR aéroporté Type de document : Thèse/HDR Auteurs : António Ferraz , Auteur ; Stéphane Jacquemoud, Directeur de thèse ; Frédéric Bretar, Directeur de thèse ; Gil Rito-Gonçalves , Encadrant Editeur : Paris : Université de Paris 7 Denis Diderot Année de publication : 2012 Importance : 171 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : Bibliographie
Thèse présentée pour obtenir le grade de docteur en géophysique de l’Institut de Physique du Globe de Paris, Sorbonne Paris Cité, Ecole doctorale des Sciences de la TerreLangues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Lasergrammétrie
[Termes IGN] arbre (flore)
[Termes IGN] données lidar
[Termes IGN] données localisées 3D
[Termes IGN] forêt méditerranéenne
[Termes IGN] lasergrammétrie
[Termes IGN] lidar à retour d'onde complète
[Termes IGN] placette d'échantillonnage
[Termes IGN] semis de points
[Termes IGN] stratification
[Termes IGN] traitement de semis de pointsIndex. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (Auteur) Les inventaires forestiers traditionnels décrivent des peuplements forestiers à travers de la taille et de la distribution spatial des plantes au sein de chacune des couches : végétation arbustive, sous-bois et canopée. Le LiDAR aéroporté suscite actuellement un intérêt considérable pour la caractérisation des milieux forestiers car il s'agit de la technique de télédétection la plus adaptée pour décrire sa structure 3D. En fait, le faisceau laser est capable de pénétrer à travers de la canopée et atteindre le sous-bois, la végétation arbustive et même le sol. En conséquence, le LiDAR fournit un nuage de points 3D qui est un modèle discret de la structure de la forêt. Cependant, la plupart des méthodes d'analyse s'intéressent uniquement aux caractéristiques de la canopée et, par conséquence, ne sont pas adaptées pour caractériser des forêts multicouches telles que les écosystèmes forestiers méditerranéens. Ce manuscrit présente la première approche visant à caractériser la totalité de la structure 3D d'une forêt en explorant au maximum la capacité du LiDAR pour la caractérisation des structures forestières complexes. Les nuages des points LiDAR sont décomposés en segments 3D qui correspondent à des couronnes individuelles des plantes dans chacune des couches : végétation arbustive, sous-bois et canopée. Les nuages de points 3D sont assimilés à une distribution multimodale, dont chaque mode, ici défini comme un maximum local en densité et en hauteur, correspond aux apex des couronnes des plantes. Les modes du nuage de points, c'est-à-dire le nombre d'arbres au sein d'un peuplement, sont calculés par une méthode basée sur l'algorithme du mean-shift. Il s'agit d'une méthode statistique pour calculer les modes d'une densité de points qui découle des techniques d'estimation par noyau. On introduit un noyau 3D adapté pour extraire les couronnes de plantes à partir des nuages des points LiDAR. Notre méthode est une approche multi-échelle car le volume du noyau 3D doit être adapté à la taille des objets à extraire, et les couronnes des arbres de la canopée sont considérablement plus grandes que celles des plantes du sousbois ou des arbustes. La méthode résultante est appelée mean shift à noyau adaptatif : le MSA 3D. Notre méthode est validée sur 44 placettes d'une forêt portugaise composées essentiellement d'eucalyptus (Eucalyptus globulus Labill.) et de pin maritime (Pinus pinaster Ait.). Le nombre de arbres détectées varie selon leur rang social : de 98.6% pour les arbres dominants à 12.8% pour les arbres opprimés. Des modèles de régression linéaire expliquent jusqu'à 70% de la variabilité associée à la végétation arbustive et au sous-bois. Note de contenu : Introduction
Chapitre 1 : Caractérisation in situ des forêts
1.1 Quelques propriétés remarquables du milieu forestier
1.1.1 Typologie des forêts dans le monde
1.1.2 Structures étagée des forêts
1.1.3 Puits de carbone forestier
1.2 Caractérisation in situ d'une forêt
1.2.1 À l'échelle de la placette
1.2.2 À l'échelle de l'arbre
1.2.3 Équations allométriques
1.3 Conclusion
Chapitre 2 : Extraction de paramètres forestiers par LiDAR
2.1 Application de la télédétection à l'observation des forêts
2.1.1 Apport des systèmes passifs
2.1.2 Apport des systèmes actifs
2.2 Rappels sur la technologie LiDAR
2.2.1 Géométrie d'acquisition
2.2.2 LiDAR multi-échos vs LiDAR à retour d'onde complète
2.3 Techniques d'extraction des variables forestières
2.3.1 Analyse à l'échelle de la placette
2.3.2 Analyse à l'échelle de l'arbre
2.4 Stratification verticale
2.5 Extraction individuelle des arbres
2.6 Hauteur de la base de la canopée
2.1 Biomasse
2.2 Taux de couverture et masse volumique
2.3 Conclusion
Chapitre 3 : Description des données
3.1 Zone d'étude
3.2 Mesures de terrain
3.2.1 Inventaire forestier
3.2.2 Relevé topographique
3.3 Caractérisation des peuplements et traitement des données de terrain
3.4 Données LiDAR aéroporté
Chapitre 4 : Méthodologie
4.1 Introduction
4.2 Estimation de la densité par la méthode du noyau
4.3 Théorie du mean shift
4.4 MSA 3D : algorithme mean shift à noyau adaptatif
4.4.1 Ajustement du profil du noyau
4.4.2 Noyau à bande passante adaptative
4.5 Influence du noyau dans le MSA 3D
4.5.1 Génération de forêts synthétiques
4.5.2 Effet de la bande passante
4.5.3 Détermination de la bande passante optimale minimale
4.5.4 Impact du profil du noyau
4.6 Validation
4.6.1 Sélection des segments 3D
4.6.2 Mise en correspondance arbres référence/arbres LiDAR
Chapitre 5 : Application à une forêt méditerranéenne
5.1 Détermination des paramètres du MSA 3D
5.1.1 Stratification de la forêt à l'échelle de la placette
5.1.1 Prétraitement du nuage de points
5.1.1 Paramétrage du noyau
5.2 Stratification verticale de la forêt
5.2.1 Végétation arbust4e
5.2.2 Sous-bois
5.2.3 Canopée
5.2.1 Conclusion
5.3 Arbres individuels
5.3.1 Aptitude du Lidar aéroporté à décrire la canopée
5.3.2 Identification des arbres individuels
5.3.1 Hauteur de la cime
5.3.2 Hauteur de la base de la canopée
5.3.3 Précision de la segmentation des couronnes
5.3.4 Conclusion
Conclusion généraleNuméro de notice : 14640 Affiliation des auteurs : MATIS (1993-2011) Thématique : FORET/IMAGERIE Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de doctorat : Géophysique : Institut de Physique du Globe de Paris IPGP : 2012 Organisme de stage : MATIS (IGN) & IPGP nature-HAL : Thèse DOI : sans Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=45256 Exemplaires (1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité 14640-01 K317 Livre LASTIG Dépôt en unité Exclu du prêt Documents numériques
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14640_these-2012_ferraz.pdfAdobe Acrobat PDF Comparing small-footprint lidar and forest inventory data for single strata biomass estimation : A case study over a multi-layered mediterranean forest / António Ferraz (2012)
Titre : Comparing small-footprint lidar and forest inventory data for single strata biomass estimation : A case study over a multi-layered mediterranean forest Type de document : Article/Communication Auteurs : António Ferraz , Auteur ; Gil Rito-Gonçalves , Auteur ; Paola Soares, Auteur ; Margarida Tomé, Auteur ; Clément Mallet , Auteur ; Stéphane Jacquemoud, Auteur ; Frédéric Bretar, Auteur ; Luisa Pereira, Auteur Editeur : New York : Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE Année de publication : 2012 Conférence : IGARSS 2012, International Geoscience And Remote Sensing Symposium 22/07/2012 27/07/2012 Munich Allemagne Proceedings IEEE Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Lasergrammétrie
[Termes IGN] allométrie
[Termes IGN] biomasse aérienne
[Termes IGN] données lidar
[Termes IGN] données localisées 3D
[Termes IGN] forêt méditerranéenne
[Termes IGN] régression linéaireRésumé : (auteur) Current methods for accurately estimating vegetation biomass with remote sensing data require extensive, representative and time consuming field measurements to calibrate the sensor signal. In addition, such techniques focus on the topmost vegetation canopy and thus they are of little use over multi-layered forest ecosystems where the underneath strata hold considerable amounts of biomass. This work is the first attempt to estimate biomass by remote sensing without the need for massive in situ measurements. Indeed, we use small-footprint airborne laser scanning (ALS) data to derive key forest metrics, which are used in allometric equations that were originally established to assess biomass using field measurements. Field- and ALS-derived biomass estimates are compared over 40 plots of a multi-layered Mediterranean forest. Linear regression models explain up to 99% of the variability associated with surface vegetation, understory, and overstory biomass. Numéro de notice : C2012-011 Affiliation des auteurs : MATIS+Ext (1993-2011) Thématique : FORET/IMAGERIE Nature : Communication nature-HAL : ComAvecCL&ActesPubliésIntl DOI : 10.1109/IGARSS.2012.6352720 Date de publication en ligne : 12/11/2012 En ligne : https://doi.org/10.1109/IGARSS.2012.6352720 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=91505 Documents numériques
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Comparing small-footprint lidar ... - Pdf ResearchgateAdobe Acrobat PDF 3D segmentation of forest structure using an adaptive mean shift based procedure / António Ferraz (2010)
contenu dans Proceedings Silvilaser 2010, The 10th International Conference on LiDAR Applications for Assessing Forest Ecosystems, September 14th - 17th, 2010 Freiburg, Germany / Barbara Koch (2010)
Titre : 3D segmentation of forest structure using an adaptive mean shift based procedure Type de document : Article/Communication Auteurs : António Ferraz , Auteur ; Frédéric Bretar, Auteur ; Stéphane Jacquemoud, Auteur ; Gil Rito-Gonçalves , Auteur ; Luisa Pereira, Auteur Editeur : Fribourg [Allemagne] : University of Freiburg Année de publication : 2010 Conférence : SilviLaser 2010, 10th International Conference on LiDAR Applications for Assessing Forest Ecosystems 14/09/2010 17/09/2010 Fribourg Allemagne Proceedings IEEE Importance : pp 281 - 291 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Lasergrammétrie
[Termes IGN] algorithme de décalage moyen
[Termes IGN] barycentre
[Termes IGN] données lidar
[Termes IGN] données localisées 3D
[Termes IGN] Eucalyptus globulus
[Termes IGN] Pinus pinaster
[Termes IGN] Portugal
[Termes IGN] semis de points
[Termes IGN] strate végétaleRésumé : (auteur) Plant communities display a vertical structure based on the size and growth pattern of the dominant species. To a large extent, this pattern, called vertical stratification, depends on the climatic zone. Vertical structure analysis consists in detecting the number of layers and their limits within a forest stand. So far, there is a lack of robust approaches applied to airborne laser scanning (ALS) data that properly segment the different strata of forests having complex structures. In this study, we propose a procedure to characterize vertical forest stratification based on the mean shift (MS) algorithm. The MS is a non-linear filter that searches for local density maxima (modes). It is a non-parametric and unsupervised approach, which only requires a single criterion, the kernel bandwidth. Since the forest point cloud is a multi-modal distribution, the MS is used to find the modes which are supposed to be the barycenters of vegetation features. Once achieved, the modes are grouped together according to height range and the corresponding ALS points are assigned to each vegetation strata. Due to their complex pattern, using a single scale over the whole space is not recommended for the analysis of such environments. On this basis, the modes are computed using a variable kernel bandwidth according to the forest pattern. To depict such a pattern, we propose a new technique that segments the main forest layers at the plot level: overstory, understory, and surface vegetation. The procedure has been carried out on 45 plots of a Portuguese forest mainly composed of eucalyptus (Eucalyptus globulus) and pine (Pinus pinaster) trees that can be strongly populated by understory and surface vegetation. Numéro de notice : C2010-020 Affiliation des auteurs : MATIS+Ext (1993-2011) Thématique : FORET/IMAGERIE Nature : Communication DOI : sans Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=83729 Documents numériques
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3D segmentation of forest structure ... - pdf éditeurAdobe Acrobat PDF
Titre : 3D segmentation of forest structure using a mean-shift based algorithm Type de document : Article/Communication Auteurs : António Ferraz , Auteur ; Frédéric Bretar, Auteur ; Stéphane Jacquemoud, Auteur ; Gil Gonçalves, Auteur ; Luisa Pereira, Auteur Editeur : New York : Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE Année de publication : 2010 Conférence : ICIP 2010, 17th IEEE International Conference on Image Processing 25/09/2010 29/09/2010 Hong Kong Allemagne Proceedings IEEE Importance : pp 1413 - 1416 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Lasergrammétrie
[Termes IGN] algorithme de décalage moyen
[Termes IGN] données lidar
[Termes IGN] données localisées 3D
[Termes IGN] segmentation
[Termes IGN] strate végétale
[Termes IGN] structure d'un peuplement forestierRésumé : (auteur) Consistent and accurate information on 3D forest canopy structure is required by many applications like forest inventory, management, logging, fuel mapping, habitat studies or biomass estimate. Compared to other remote sensing techniques (e.g., SAR or photogrammetry), airborne laser scanning is an adapted tool to provide such information by generating a three-dimensional georeferenced point cloud. Vertical structure analysis consists in detecting the number of layers within a forest stand and their limits. Until now, there is no approach that properly segments the different strata of a forest. In this study, we directly work on the 3D point cloud and we propose a mean shift (MS) based procedure for vertical forest segmentation. The approach that is carried out on complex forest plots improves the discrimination of vegetation strata. Numéro de notice : C2010-060 Affiliation des auteurs : MATIS+Ext (1993-2011) Thématique : FORET/IMAGERIE/INFORMATIQUE Nature : Communication nature-HAL : ComAvecCL&ActesPubliésIntl DOI : 10.1109/ICIP.2010.5651310 En ligne : https://doi.org/10.1109/ICIP.2010.5651310 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=101942 The role of Lidar systems in fuel mapping / António Ferraz (2009)Permalink
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