Estimación de variables de inventario forestal a través de modelos 3D obtenidos mediante fotogrametría terrestre

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1 ETSI de Montes, Forestal y del Medio Natural (UPM) Estimación de variables de inventario forestal a través de modelos 3D obtenidos mediante fotogrametría terrestre Ana de Eugenio García Alfredo Fernández Landa Silvia Merino de Miguel Murcia, 4-6 octubre 2017

2 ÍNDICE: 1. Introducción 2. Objetivo 3. Material y Métodos 3.1. Zona de estudio 3.2. Medición de contraste 3.3. Construcción del modelo 3D 3.4. Comparación de resultados 4. Resultados y Discusión 4.1. Evaluación de los diámetros obtenidos (incluyendo referencias) 4.2. Evaluación de los diámetros obtenidos (excluyendo referencias) 5. Conclusiones

3 1. Introducción La gestión forestal precisa del cálculo de las existencias cuánta madera hay en nuestros bosques?

4 1. Introducción para qué sirve el cálculo de existencias? La correcta evaluación de los recursos forestales La correcta ordenación y gestión de nuestros montes Para valorar económicamente la producción Para cuantificar biomasa y CO 2 fijado 18 Mha de terreno forestal arbolado!!

5 1. Introducción cómo se realiza el cálculo de existencias? Mediante ecuaciones de cubicación o de perfil Mediante tarifas o tablas de cubicación En función de la especie, el índice de forma y ciertas variables dendrométricas (diámetro normal, altura) medidas en campo, es posible una estimación del volumen maderable total. La construcción de las ecuaciones de perfil necesarias precisa el apeo de árboles para su medición precisa.

6 1. Introducción existen alternativas al apeo de árboles? Métodos indirectos de medición: Métodos no destructivos, Más cómodos y económicos, Socialmente más aceptados, Permiten la diferenciación de productos. LiDAR Fotogrametría

7 2. Objetivo Validar una metodología de obtención de variables dendrométricas (diámetros, alturas) basada en la reconstrucción de modelos 3D de árboles por medio de métodos fotogramétricos. Modelo 3D SfM Dendrómetro Evaluar las diferencias entre diámetros medidos sobre el modelo 3D y diámetros medidos en campo con dendrómetro Criterion RD1000

8 3. Material y métodos 3.1. Zona de estudio Monte Pinar y Agregados (MUP nº39) TM Guadarrama (Madrid) Aprovechamiento madera y leñas Pinus pinaster y P. sylvestris

9 3. Material y métodos 3.1. Zona de estudio A la hora de buscar los pies objeto de estudio. Masas con diferentes coberturas Masas con diferentes estados de desarrollo Como resultado: pies de diferentes tamaños, edades y clases sociológicas 4 parcelas 5 pies/parcela Parcela 9 Parcela 28 Parcela 29 Embalse La Jarosa Parcela 13

10 3. Material y métodos 3.2. Medición de contraste Medición en campo mediante DENDRÓMETRO CRITERION RD1000 Permite la medición de diámetros en cualquier punto, indicando también la altura Debe realizarse desde una distancia aproximadamente igual a la altura del árbol Se toma nota de la dirección en la que se mide Requiere distancia horizontal: Vertex III Mediciones: A 0.30m A 0.80m A 1.30m (diámetro normal) A varias alturas hasta la primera rama viva (evitando nudos e irregularidades) DENDRÓMETRO Criterion RD1000

11 3. Material y métodos 3.3. Construcción del modelo 3D Toma de fotografías: Cámara Canon IXUS 85 IS Escalado del modelo: Se utilizarán los diámetros medidos en campo con forcípula a 0.30m y 1.30m Estos diámetros se señalizan sobre el árbol de manera previa a la medición y la toma de las fotografías

12 3. Material y métodos 3.3. Construcción del modelo 3D Toma de fotografías: Cámara Canon IXUS 85 IS Se rodea cada árbol un arco de 200º, a una distancia tal que permitiera fotografiar el fuste completo, tomando una fotografía a cada paso. En caso de falta de visibilidad de la parte inferior o superior, se realizó una segunda pasada a menor distancia. Siempre se mantendrá la conexión entre rodas. Se han tomado entre fotografías / pie.

13 3. Material y métodos 3.3. Construcción del modelo 3D Construcción del modelo 3D: Tecnología Structure from Motion Visual SFM Carga de imágenes Puntos homólogos Nube de puntos dispersa Nube de puntos densa

14 3. Material y métodos 3.3. Construcción del modelo 3D Construcción del modelo 3D: Limpieza y escalado del modelo Meshlab Nube de puntos densa Limpieza del modelo Escalado del modelo X4 Medición X4

15 3. Material y métodos 3.4. Comparación de resultados Variable: Diferencia entre diámetros medidos sobre el Modelo 3D y medidos con dendrómetro Con todas las medidas Descartando medidas escalado Estadísticos básicos: media, desviación típica y rango intercuartílico Test de normalidad de Shapiro-Wilk* (H 0 = la distribución es normal ) Test-T para muestras únicas* (H 0 = la media es igual a x=0 ) Coeficiente de correlación de Pearson para comprobar si existía sesgo con la altura Modelo 3D Diferencia entre diámetros a distintas alturas Dendrómetro * Se rechaza H 0 si p-valor 0.05

16 4. Resultados y discusión Las fotografías no tomadas con iluminación uniforme tuvieron que ser descartadas (p.e. cuando el sol daba de cara), y fue imposible generar los modelos a partir de ellas. En total, se han efectuado 114 medidas de diámetros sobre 15 árboles, distribuidos en 4 parcelas.

17 Diferencia diámetros (cm) 4. Resultados y discusión 4.1. Todos los diámetros No existen diferencias significativas entre las mediciones realizadas sobre el modelo 3D y las realizadas con el dendrómetro. La metodología propuesta es válida para la medición de perfiles de árboles en pie. La desviación típica ( 2cm) puede considerarse dentro de los límites de los errores de medición de dos operadores distintos. El coeficiente de correlación de Pearson entre alturas y diferencias fue de r=0.1008, es decir, se descarta que exista sesgo. Tabla 1. Estadísticos de la diferencia entre diámetros modelo 3D y diámetros dendrómetro Estadístico Media Desviación típica Rango intercuartílico Valor cm 2.09 cm 2.82 cm Test norm. Shapiro-Wilk Test T p-valor IC (α=0.95) ( ; ) Altura (m)

18 4. Resultados y discusión 4.2. Excluyendo diámetros escalado No existen diferencias significativas entre las mediciones realizadas sobre el modelo 3D y las realizadas con el dendrómetro. Los resultados siguen siendo igualmente buenos. Tabla 2. Estadísticos de la diferencia entre diámetros modelo 3D y diámetros dendrómetro Estadístico Media Desviación típica Rango intercuartílico Valor cm 2.16 cm 2.96 cm Test norm. Shapiro-Wilk Test T p-valor IC (α=0.95) ( ; )

19 5. Conclusiones Las evaluaciones de las mediciones realizadas en los modelos 3D sugieren que la metodología es adecuada, y que es posible realizar mediciones a distintas alturas. Tanto si se incluyen como si no se incluyen los diámetros de referencia en el escalado, los resultados son satisfactorios: diferencias medias próximas a 0cm, desviaciones típicas en torno a 2cm, intervalos de confianza de <1cm. La generación de modelos ha sido satisfactoria a pesar de que los árboles son elementos repetitivos y del viento. Los árboles que no se han podido modelizar han sido consecuencia de la limitación de la primera medición con el dendrómetro.

20 Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Forestal GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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