Original paper

Using Airborne Laser Scanner Data and CIR Orthophotos to Estimate the Stem Volume of Forest Stands

Straub, Christoph; Dees, Matthias; Weinacker, Holger; Koch, Barbara

Abstract

Accurate assessment of timber resources is of great importance for forest management. This article evaluates a combination of airborne laser scanning and color infrared (CIR) orthophotos to estimate the stem volume of forest stands using growth and yield tables recommended for the Federal State of Baden-Württemberg, Germany. The stand height, which was estimated based on a canopy height model (computed from the laser scanner data), was used as the input variable into a volume function, which was derived from the yield tables. In order to improve the volume estimation, coniferous and deciduous trees were classified automatically using optical data. Different parameters for coniferous and deciduous trees were derived from the yield tables for stem volume estimation. Finally, the derived timber volume was "corrected" using the canopy cover as an estimate for the "degree of stocking". The method was verified in a forest area in Southern Germany with 300 circular inventory plots each with a radius of 12 m. The relation between estimated timber volume and the volume calculated from the inventory data reached a correlation coefficient of r = 0.73 (RMSE = 31%). The plot values were averaged within forest stands with the same age class and a correlation of r = 0.83 (RMSE = 17%) was achieved. The results show that the method can provide valuable information for standwise forest inventories over large areas.

Kurzfassung

Die präzise Abschätzung von Holzressourcen ist von großer Bedeutung für die Waldbewirtschaftung. Dieser Artikel evaluiert eine kombinierte Auswertung von flugzeuggetragenen Laserscannerdaten und Farb-Infrarot (CIR) Orthobildern zur Abschätzung des Derbholzvolumens von Waldbeständen unter Verwendung von empfohlenen Ertragstafeln für Baden-Württemberg. Die Höhe von Waldbeständen, welche basierend auf einem Vegetationshöhenmodell aus Laserscannerdaten geschätzt wurde, diente als Eingangsvariable in eine aus den Ertragstafeln abgeleitete Volumenfunktion. Zur Verbesserung der Volumenschätzung wurden Nadel- und Laubbäume unter Verwendung von optischen Daten automatisch klassifiziert. Unterschiedliche Parameter für Laub- und Nadelholz wurden zur Schätzung des Derbholzvolumens von Waldbeständen aus den Ertragstafeln abgeleitet. Abschließend wurde das abgeleitete Holzvolumen “korrigiert über den Überschirmungsgrad als Schätzgröße für den Bestockungsgrad. Eine Verifizierung der Methode erfolgte in einer Waldfläche in Süddeutschland mit 300 kreisförmigen Inventurpunkten der Forstverwaltung (Radius: 12 m). Der Zusammenhang zwischen geschätztem Holzvolumen und dem Volumen aus den Inventurdaten zeigte eine Korrelation von r = 0.73 (RMSE = 31%). Nachdem die Werte innerhalb von Waldbeständen mit der gleichen Altersklasse gemittelt wurden, konnte eine Korrelation von r = 0.83 (RMSE = 17%) erreicht werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Methode wertvolle flächige Informationen für einzelbestandsweise Forstinventuren liefern kann.

Keywords

airborne laser scanningorthophotosforestrystem volumeyield tables