Original paper

Method Analysis for Collecting and Processing in-situ Hyperspectral Needle Reflectance Data for Monitoring Norway Spruce

Einzmann, Kathrin; Ng, Wai-Tim; Immitzer, Markus; Bachmann, Martin; Pinnel, Nicole; Atzberger, Clement

Abstract

Forest damage induced by bark beetle attacks can cause major economic losses in forestry. Hyperspectral remote sensing data and state of the art very high spatial resolution satellite data offer a great potential for assessing tree vitality. However, a better understanding of the effects of vitality decrease and its impact on the spectral behaviour of needles is needed. Filling this knowledge gap can make a significant contribution to improve the interpretation of remote sensing data. However, it is still unclear which method for needle spectra collection is most suitable. In this work, two methods for spectral reflectance measurements of Norway spruce needles using portable spectroradiometers were tested and analysed: using a classical fore optic and a so-called contact probe. The spectral reflectance data were evaluated with different statistical similarity measure techniques. Besides analysing the measurements themselves, the methods were compared in terms of their practicality. Furthermore, the impact of storage on the reflection behaviour was investigated. The spectral measurements were performed in the field as well as in a laboratory and repeated three times during the 2013 growing season. Based on the obtained results we recommend measuring needle samples with the contact probe of portable spectroradiometers.

Kurzfassung

Durch Borkenkäferbefall hervorgerufene Waldschäden verursachen große ökonomische Schäden in der Forstwirtschaft. In hyperspektralen Fernerkundungsdaten sowie in räumlich sehr hoch aufgelösten Satellitendaten der neuesten Generation wird großes Potential für die Vitalitätsbeurteilung von Bäumen gesehen. Ein besseres Verständnis der Auswirkung von Vitalitätsverlusten auf die spektrale Reflexion von Nadeln könnte einen wesentlichen Beitrag zur Interpretation von Fernerkundungsdaten darstellen. Mit welcher Methode die Nadelspektren gemessen werden sollten, ist aber noch unklar. Die vorliegende Arbeit stellt zwei Methoden für die Messung spektraler Signaturen von Fichtennadeln mittels Feldspektroradiometer vergleichend gegenüber. Neben den Messergebnissen wurden die verwendelen Methoden auch hinsichtlich ihrer Praktikabilität untersucht. Zusätzlich wurden Auswirkungen von Lagerung auf das Reflexionsverhalten analysiert. Die spektralen Mesungen fanden sowohl im Feld als auch im Labor statt und wurden in der Vegetationsperiode 2013 dreimal durchgeführt. Die Reflexionsspektren wurden statistisch ausgewertet und mittels Ähnlichkeitsmaßen verglichen. Auf der Basis der erzielten Ergebnisse und der einfacheren Handhabung wird empfohlen, die Samples mittels ,,contact probe“ zu messen.

Keywords

in-situ measurementsneedle spectranorway spruceportable spectroradiometertree vitality