Determination of some tree parameters using terrestrial laser scanner in urban green areas

Abstract

Determination of some tree parameters using terrestrial laser scanner in urban green areas

Abstract: The aim of this study is to measure the parameters for modelling individual and street trees in urban areas using Terrestrial Laser Scanner (TLS) data. Breast height diameter (d1.30), tree height, crown base height, distance between trees were measured in the roadside trees which are composed of Narrow-leaved ash (Fraxinus angustifolia Vahl.) in Istanbul University Faculty of Forestry Campus. In addition, tree zone models of the trees were formed in order to express development process of trees with time in an integrated way and to make connections among different parts of trees. As a result of measurements, d1.30valuesvaried between 24 cm and 45,6 cm both from ground measurement and TLS. Statistically there were not a significant difference between d1.30 values, even though ground measurement values were higher than TLS measurements. According to regression analysis, a significant correlation was found between ground and TLS mesurements (R2=0,971, p<0,05). Objective values were derived from TLS data related to tree crown forms, tree zone model and tree architecture. The ratio of static and dynamic mass of trees and their relations were showed on 3D tree models. 3D tree models and measurements on this models, which were carried out in this study, can be used in maintenance and pruning application of individual and forests of Urban areas.

Keywords: Terrestrial laser scanner, individual tree parameters, tree model

Yersel lazer tarayıcı sistemler ile kentsel yeşil alanlarda bazı ağaç parametrelerinin belirlenmesi

Özet: Bu çalışmada, Yersel Lazer Tarayıcı (YLT) kullanarak kentsel ortamlardaki bireysel ve alle şeklinde ağaçların modellenmesine yönelik parametlerin ölçülmesi amaçlanmıştır. Çalışma alanı olarak İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi kampüsü içerisinde yer alan Dar yapraklı dişbudak (Fraxinus angustifolia Vahl. ) yol bölümü seçilmiştir. Çalışma kapsamında ağaçların göğüs yüksekliği çapı (d1.30), boyu, yaş dal yüksekliği, ağaçlar arasındaki aralık ve mesafe ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Bununla birlikte ağaçların zamana göre değişimlerini bir bütün olarak açıklamak ve farklı bölümleri arasında bağlantılar kurmak amacıyla ağaç zonları modeli oluşturulmuştur. Ölçümler sonucunda ağaçların d1.30 çap değerleri hem YLT hemde yersel ölçüm tekniğine göre 24 cm ile 45,6 cm arasında değişim göstermiştir. İstatistiki analiz sonucunda yersel ölçüm ile elde edilen d1.30 çap ortalaması YLT ölçüm değerlerinden yüksek olmasına rağmen ölçümler arasında anlamlı fark bulunamamıştır. Regresyon analizi sonucuna göre Yersel ölçüm ile YLT ölçümleri arasında anlamlı doğrusal ilişki olduğu ortaya çıkmıştır (R2=0,971, p<0,05). YLT sistemle yapılan taramalardan elde edilen verilerden ağaçların tepe formları, ağaç zonları modeli ve ağaç mimarisiyle ilgili objektif veriler türetilmiştir. Statik ve dinamik kitle oranları ve bunların ilişkileri 3 boyutlu (3B) ağaç modeli üzerinde ortaya konmuştur.

Anahtar Kelimeler: Yersel lazer tarayıcı, bireysel ağaç parametreleri, ağaç modeli

Received (Geliş): 29.09.2015 - Revised (Düzeltme): 19.10.2015 -   Accepted (Kabul): 19.10.2015

Cite (Atıf): Akgül, M., Yurtseven, H., Akburak, S., Çoban S., 2016. Determination of some tree parameters using terrestrial laser scanner in urban green areas. Journal of the Faculty of Forestry Istanbul University 66(2): 445-458. DOI: 10.17099/jffiu.96359

Keywords

• -

Yersel lazer tarayıcı sistemler ile kentsel yeşil alanlarda bazı ağaç parametrelerinin belirlenmesi

Abstract

Bu çalışmada, Yersel Lazer Tarayıcı (YLT) kullanarak kentsel ortamlardaki bireysel ve alle şeklinde ağaçların modellenmesine yönelik parametlerin ölçülmesi amaçlanmıştır. Çalışma alanı olarak İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi kampüsü içerisinde yer alan Dar yapraklı dişbudak (Fraxinus angustifolia Vahl. ) yol bölümü seçilmiştir. Çalışma kapsamında ağaçların göğüs yüksekliği çapı (d1.30), boyu, yaş dal yüksekliği, ağaçlar arasındaki aralık ve mesafe ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Bununla birlikte ağaçların zamana göre değişimlerini bir bütün olarak açıklamak ve farklı bölümleri arasında bağlantılar kurmak amacıyla ağaç zonları modeli oluşturulmuştur. Ölçümler sonucunda ağaçların d1.30 çap değerleri hem YLT hemde yersel ölçüm tekniğine göre 24 cm ile 45,6 cm arasında değişim göstermiştir. İstatistiki analiz sonucunda yersel ölçüm ile elde edilen d1.30 çap ortalaması YLT ölçüm değerlerinden yüksek olmasına rağmen ölçümler arasında anlamlı fark bulunamamıştır. Regresyon analizi sonucuna göre Yersel ölçüm ile YLT ölçümleri arasında anlamlı doğrusal ilişki olduğu ortaya çıkmıştır (R2=0,971, p

Keywords

• Yersel lazer tarayıcı, bireysel ağaç parametreleri, ağaç modeli

References

1. Abellán, A., Calvet, J., Vilaplana, J. M., Blanchard, J., 2010. Detection and spatial prediction of rockfalls by means of terrestrial laser scanner monitoring. Geomorphology 119 (3-4): 162–171.
2. Aschoff, T., Spiecker, H., 2004. Algorithms for the automatic detection of trees in laser scanner data. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences 36(Part 8), W2.
3. Aschoff, T., Thies, M., Spiecker, H., 2004. Describing forest stands using terrestrial laser-scanning. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences 35(5): 237-241.
4. Barber, D., Mills, J., Bryan, P., 2003. Towards a standard specification for terrestrial laser scanning of cultural heritage. CIPA International Archives for Documentation of Cultural Heritage 19: 619-624.
5. Bienert, A., Scheller, S., Keane, E., Mullooly, G., Mohan, F., 2006. Application of terrestrial laser scanners for the determination of forest inventory parameters. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences 36(5).
6. Bornaz, L., Rinaudo, F., 2004. Terrestrial laser scanner data processing, XXth ISPRS Congress Istanbul, 2004, Citeseer. Danson, F. M., Hetherington, D., Morsdorf, F., Koetz, B., Allgower, B., 2007. Forest canopy gap fraction from terrestrial laser scanning. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters 4(1): 157-160.
7. Dirik, H., 2014. Arborikültür (Kentsel Ağaç Kültürü), İstanbul Üniversitesi Yayın no: 5200, Orman Fakültesi Yayın no: 509, ISBN: 978-975-404-956-5, İstanbul.
8. Dunning, S. A., Massey, C. I., Rosser, N. J., 2009. Structural and geomorphological features of landslides in the Bhutan Himalaya derived from Terrestrial Laser Scanning. Geomorphology 103(1): 17-29.

9. Ergincan, F., Cabuk, A., Avdan, U., Tün, M., 2010. Advanced technologies for archaeological documentation: Patara case. Scientific Research and Essays 5(18): 2615-2629.
10. Holopainen, M., Kankare, V., Vastaranta, M., Liang, X., Lin, Y., Vaaja, M., Yu, X., Hyyppä, J., Hyyppä, H. Kaartinen, H., 2013. Tree mapping using airborne, terrestrial and mobile laser scanning–A case study in a heterogeneous urban forest. Urban Forestry and Urban Greening 12(4): 546-553.
11. Hosoi, F. and Omasa, K., 2006. Voxel-Based 3-D Modeling of Individual Trees for Estimating Leaf Area Density Using High-Resolution Portable Scanning Lidar. IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing, 44(12), pp.3610-3618.
12. Huang, P., Pretzsch, H. 2010. Using terrestrial laser scanner for estimating leaf areas of individual trees in a conifer forest. Trees 24(4): 609-619.
13. Kalıpsız, A., 1999. Dendrometri, Istanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları 3194-354, Istanbul. Kankare, V., Holopainen, M., Vastaranta, M., Puttonen, E., Yu, X., Hyyppä, J., Vaaja, M., Hyyppä, H., Alho, P., 2013.
14. Individual tree biomass estimation using terrestrial laser scanning, ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 75: 64-75.
15. Király, G., Brolly, G., 2007. Tree height estimation methods for terrestrial laser scanning in a forest reserve. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences 36(3): 211-215.
16. Larsson, S., Kjellander, J.A.P., 2006. Motion control and data capturing for laser scanning with an industrial
17. Liang, X., Litkey, P., Hyyppä, J., Kaartinen, H., Vastaranta, M. and Holopainen, M., 2012. Automatic Stem Mapping Using Single-Scan Terrestrial Laser Scanning. IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing 50(2): 661- 670.
18. Liang, X. and Hyyppä, J., 2013. Automatic stem mapping by merging several terrestrial laser scans at the feature and decision levels. Sensors 13(2): 614-1634.
19. Liang, X., Kankare, V., Yu, X., Hyyppa, J., Holopainen, M., 2014. Automated stem curve measurement using terrestrial laser scanning. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 52(3): 1739-1748.
20. Lichti, D., Gordon, S., and Tipdecho, T. 2005. Error models and propagation in directly georeferenced terrestrial laser scanner networks. Journal of Surveying Engineering 131(4): 135–142.
21. Hackenberg, J., Morhart, C., Sheppard, J., Spiecker, H., Disney, M., 2014. Highly accurate tree models derived from terrestrial laser scan data: A method description. Forests 5(5): 1069-1105.
22. Maas, H. G., Bienert, A., Scheller, S., Keane, E., 2008. Automatic Forest Inventory Parameter Determination from Terrestrial Laser Scanner Data. International Journal of Remote Sensing 29(5): 1579-1593
23. Milan, D. J., Heritage, G. L., Hetherington, D., 2007. Application of a 3D laser scanner in the assessment of erosion and deposition volumes and channel change in a proglacial river.”, Earth Surface Processes and Landforms 32(11): 1657-1674.
24. Moskal, L. M., Zheng, G., 2011. Retrieving forest inventory variables with terrestrial laser scanning (TLS) in urban heterogeneous forest. Remote Sensing 4(1): 1-20.
25. MRICS, S. W., Clegg, P., Jones, R., 2005. Combining terrestrial laser scanning, RTK GPS and 3D Visualisation: Application of optical 3D measurement in geological exploration. In 7th Conference on Optical 3D Measurement Techniques, Vienna, 3-5.
26. Park, H. S., Lee, H. M., Adeli, H., Lee, I. 2007. A new approach for health monitoring of structures: terrestrial laser scanning. Computer‐Aided Civil and Infrastructure Engineering 22(1): 19-30.
27. Pfeifer, N., Gorte, B., Winterhalder, D., 2004. Automatic reconstruction of single trees from terrestrial laser scanner data. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences 35(B5): 114-119.
28. Pirotti, F., Grigolato, S., Lingua, E., Sitzia, T., Tarolli, P. 2012. Laser scanner applications in forest and environmental sciences. Italian Journal of Remote Sensing 44(1): 109-123.
29. Pratihast, A. K., 2010. 3D tree modelling using mobile laser scanning data. University of Twente, Faculty of GeoInformation and Earth Observation ITC, Enschede.
30. Riveiro, B., Morer, P., Arias, P., De Arteaga, I., 2011. Terrestrial laser scanning and limit analysis of masonry arch bridges. Construction and Building Materials 25(4): 1726-1735.
31. Slob, S., Hack, R., 2004. 3D terrestrial laser scanning as a new field measurement and monitoring technique. In Engineering Geology for Infrastructure Planning in Europe, 179-189.
32. Schütt, C., Aschoff, T., Winterhalder, D., Thies, M., Kretschmer, U., Spiecker, H., 2004. Approaches for recognition of wood quality of standing trees based on terrestrial laserscanner data. In: Thies, M.; Koch, B.; Spiecker, H.; Weinacker, H. (ed.), Laser-Scanners for Forest and Landscape Assessment. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences Vol. XXXVI- /W2.
33. Seidel, D., 2011. Terrestrial laser scanning - Appications in forest ecological research. PhD thesis, Georg-AugustUniversität Göttingen, Göttingen.
34. Tansey, K., Selmes, N., Anstee, A., Tate, N. J., Denniss, A., 2009. Estimating Tree and Stand Variables in a Coesican Pine Woodland from Terrestrial Laser Scanner Data. International Journal of Remote Sensing 30(19): 5195-5209.
35. Thies, M., Spiecker, H., 2004. Evaluation and future prospects of terrestrial laser scanning for standardized forest inventories. In Proceedings of the ISPRS working group VIII/2 Laser-Scanners for Forest and Landscape Assessment, Germany.
36. Yastikli, N., 2007. Documentation of cultural heritage using digital photogrammetry and laser scanning.”, Journal of Cultural Heritage 8(4): 423-427.