A Purdue csapata bemutatkozik

WEST LAFAYETTE, Ind. – Hogyan terjed a villám az égből a földre, ez ihlette azt az új algoritmikus megközelítést, amely az egyes fákat az erdőktől digitálisan elválasztja az automatikus erdőtérképezésben.

„Amikor a villám az égből a földre száll, megtalálja a legkisebb ellenállású utat a légkörön keresztül” – mondta Joshua Carpentera Purdue’s PhD hallgatója Lyles Építőmérnöki Iskola. Ez arra késztette, hogy ugyanígy gondolkodjon a digitális erdei adatairól vagy pontfelhőről.

„Ha valahogy úgy tudnám kezelni ennek a pontfelhőnek az összes pontját, mint a legkisebb ellenállás útját, az elmondana valamit a fa elhelyezkedéséről” – mondta Carpenter. A koncepció növénybiológiai szempontból is működik.

„A fa minden levelét tápanyaggal kell ellátni, a tápanyagok pedig a földből származnak. Így megtaláljuk a legrövidebb utat a fák tápanyagaihoz a lombkoronától le a talajig.

Carpenter és négy Purdue társszerző közzétette a részleteket leképezési módszereikről nemrég a Remote Sensing folyóiratban. Ez a megközelítés azt jelenti, hogy különbséget kell tenni néhány fa és több száz hektár egyszerre gyors és nagy pontosságú feltérképezése között. Ez az erdők digitális ikertestvéreinek létrehozásához is vezethet, ami javíthatja a gazdálkodási tervezést az éghajlatváltozással, a járványkitörésekkel és a népességnövekedéssel szemben.

Ez a kép a faszegmentációs algoritmus bemeneti és kimeneti adatait mutatja. A bemeneti adatok (balra) magasság szerint vannak színezve. Az algoritmus eredményei (jobbra) színek segítségével szegmentálják az egyes fákat a pontfelhőből. (Purdue University fotó/Joshua Carpenter) Kép letöltése

A munkát részben Purdue’s támogatta Integrált Digitális Erdészeti Kezdeményezés. Ez a kezdeményezés, amely a Purdue’s Next Moves öt stratégiai befektetésének egyike, a digitális technológiát és a multidiszciplináris szakértelmet használja fel a városi és vidéki erdők mérésére, nyomon követésére és kezelésére a társadalmi, gazdasági és ökológiai előnyök maximalizálása érdekében.

„Új egyedi faszegmentációs algoritmust fejlesztettünk ki, amellyel nagy területeken faleltárt lehet készíteni” – mondta a cikk társszerzője. Jinha Jungegyetemi adjunktus mélyépítés. Carpenter a Jung’s tagja Térinformatikai Adattudományi Laboratóriumamely térképezésre és mérésre specializálódott.

„A cikk egy másik hozzájárulása az, hogy miként értékeljük a szegmentációs algoritmus teljesítményét a földről gyűjtött adatokkal” – mondta Jung.

Az algoritmus a legtöbb mérőszám szerint sokkal pontosabbnak bizonyult, gyakran nagy különbséggel a technika jelenlegi állásához képest. Az érvényesítés magában foglalja az egyes fák terepen történő közvetlen címkézését és mérését a talajszinten és az év különböző időszakaiban légi úton gyűjtött LiDAR adatokkal való korreláció érdekében a lombos és lombtalan fák rögzítéséhez.

A csapat továbbra is foglalkozik azokkal a problémákkal, amelyek a három adatgyűjtési módszerükből adódnak: fotogrammetria (3D képek létrehozása 2D fényképekből) és kétféle LiDAR (légi és földi).

A pontfelhőben lévő adatok azonos szerkezetűek, de az egyes módszerek adatai eltérő anomáliákat tartalmaznak. Jól megörökíthetjük a lombkorona tetejének részleteit, de hiányoznak a törzs elemei, és fordítva. Néha a tájblokk adatgyűjtésében is megtalálhatók.

„A cél az, hogy az összes rendelkezésre álló különböző pontfelhőt felhasználjuk egy rugalmas algoritmus elkészítéséhez” – magyarázta Carpenter. „De kihívást jelent egy módszer kidolgozása az egyes anomáliák kezelésére.”

A 400 hektáros Martell-erdőben dolgozó Purdue csapata a campustól körülbelül 8 mérföldre keletre folytatja technológiai körének bővítését.

„Hogyan juthatunk el több száz hektárról több ezer vagy több százezerre, majd a bolygó minden fájára? Ez a jövő” – mondta a cikk társszerzője Songlin Fei professzor és a távérzékelés dékáni tanszéke Erdészet és természeti erőforrások. „A kérdés az, hogyan lehet növelni.”

A leltározás fáradságos terepmunkát igényel, hogy a terület 5 vagy 10 %-áról mintát lehessen venni. „A 100%-os készlet soha nem volt lehetőség. Ez a cikk olyan technológiákat mutat be, amelyek lehetővé teszik minden egyes fa összeírását. Óriási ugrásról beszélünk – mondta Fei.

A távérzékelési cikk az erdőtérképezésre összpontosít, de több algoritmusra lesz szükség a teljes leltárak eléréséhez.

„Ezekkel az adatokkal átmérő méréseket végezhetünk. De mi a helyzet az egyéb kulcsfontosságú leltári jellemzőkkel, mint például az egyenesség, a faminőség vagy a fajok azonosítása? Ezeket még meg kell valósítani” – mondta Fei.

A technológiák ma már lehetővé teszik egy egész erdő digitális ikertestvérének előállítását, hogy lássák a jégvihar vagy erős szél lehetséges hatásait.

„Ha készítünk egy erdőgazdálkodási tervet, nem lehet egyszerűen kitermelni a fákat, és megnézni, hogyan néz ki” – jegyezte meg Fei. „A digitális világban azonban bármilyen fát kivághatsz, és vissza is rakhatod. Ez lehetővé teszi szimulációk készítését és jobb irányítási tervezést.”

Az elmúlt évtizedekben a térinformatikai adatok jelentősen megnövelték a mezőgazdasági termelést. A purdue-i kutatók hasonlóképpen igyekeznek tenni az erdőgazdálkodást, amely az építőipar és az üzemanyag fontos nyersanyagforrása. A katasztrofális erdőtüzek és az invazív fajok, amelyek hatalmas amerikai gesztenye- és kőrisfaállományt pusztítottak el, most az erdők fontosságára irányítják a figyelmet.

„Minden technológiát sikeresen alkalmaztuk a mezőgazdaságban” – mondta Carpenter. „De most más területekre is szükség van a figyelmünkre.”

Író: Steve Koppes

Médiakapcsolat: Maureen Manier, mmanier@purdue.edu
Források: Joshua Carpenter, jcarpene@purdue.edu; Jinha Jung, jinha@purdue.edu; Songlin Fei, sfei@purdue.edu

Mezőgazdasági kommunikáció: 765-494-8415;

Maureen Manier, osztályvezető, mmanier@purdue.edu

Mezőgazdasági Hírek Oldal