L utilisation du lidar terrestre en foresterie. Richard Fournier Département de géomatique appliquée

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1 L utilisation du lidar terrestre en foresterie Richard Fournier Département de géomatique appliquée

2 Problématique Inventaire traditionnel : photographie aérienne imagerie satellitaire relevés manuels sur le terrain Besoin pour la gestion des forêts - inventaire amélioré - planification de la récolte - transformation du bois Métriques sur la structure des arbres et peuplements Outil : LiDAR terrestre

3 LiDAR Terrestre LiDAR : Light Detection And Ranging LiDAR aéroporté (ALS) LiDAR terrestre (TLS) Premier retour Dernier retour LiDAR aéroporté = Airborne Laser Scanning = ALS LiDAR terrestre = Terrestrial Laser Scanning = TLS

4 LiDAR Terrestre Leica : ScanStation 2 Zoller & Fröhlich : Imager 5010 Riegl : VZ-400 Faro : Focus 3D

5 LiDAR Terrestre Le lidar terrestre permet d enregistrer des millions de points réfléchis des objets composant un peuplement ou un arbre. Le nuage de point 3D résultant permet de décrire la structure des objets. Monté sur trépied Contrôlé à l aide d un palm Balayage de 360 (selon le type d appareil) Produit un nuage de points tridimensionnel Acquiert des millions de points avec une précision millimétrique. Longueur d onde du laser : rouge ou infra-rouge proche (mesure d intensité) Utilisé sur le terrain avec un jeu de cibles 40 degrés Z+F 5006i Ilris 3D

6 LiDAR Terrestre Configuration d acquisition de données La plupart des TLS saisissent la donnée pour tout l hémisphère Z+F, Leica, Faro : plein hémisphère Riegl a une portion aveugle au dessus Optech : usage d une base amovible

7 LiDAR Terrestre Type de capteur 1- Dépend du temps de retour du signal (time of flight) Permet 2 retours, multiples retours ou full waveform L. Tamas (2010)

8 LiDAR Terrestre Type de capteur 2- Dépend du déphasage du signal Équivalent au premier retour seulement Z+F, Leica, Faro : déphasage, un seul (premier) retour Riegl : temps de retour, multiple retours ou fullwave Optech : temps de retour, premier et dernier retours

9 LiDAR Terrestre Caractéristiques importantes des capteurs 1- Portée du signal (range) : 80 m à 1 km 2- Divergence du faisceau laser 3- Longueur d onde du signal laser 4- Classe de sécurité du signal 5- Outil de prétraitement des données Par ex. La gestion des points fantômes 6- Poids (avec batteries) : de 5 à 25 kg 7- Temps de saisie des données et modes d opérations 8- Ergonomie d usage et aspects pratiques : Transfert de données, temps batterie, point & click, 9- Géoréférencement

10 LiDAR Terrestre Que peut-on faire avec un TLS? Usage principal : Saisir l information 3D détaillée de scènes avec objects géométriques et analyse des données de nuages de points dans un CAD ou SIG

11 Structures de transport d électricité Gracieuseté de :

12 Pont Cap-Rouge (Québec) Gracieuseté de :

13 Production d un modèle topographique détaillé : canyon de Coaticook (Québec) Gracieuseté de :

14 Évaluer le stress sur les barrages Hemmings falls, Drummondville Gracieuseté de :

15 Sur le terrain L acquisition des données sur le terrain peut se faire de deux façons : À l extérieur du peuplement À l intérieur du peuplement Vue hémisphérique

16 Sur le terrain

17 Post-traitements On procède ensuite à l alignement des scans pour recréer la scène tridimensionnelle. Ce sont les cibles qui permettent ce traitement. Des filtres peuvent aussi être appliqués pour «nettoyer» la donnée.

18 Post-traitements On procède ensuite à l alignement des scans pour recréer la scène tridimensionnelle. Ce sont les cibles qui permettent ce traitement. Des filtres peuvent aussi être appliqués pour «nettoyer» la donnée.

19 Vue sur la donnée LiDAR

20 Vue sur la donnée LiDAR

21 Vue sur la donnée LiDAR

22 Vue sur la donnée LiDAR

23 Données typiques d un TLS Nuage de points en 3D Peuplement de conifère et de feuillus

24 Éléments à considérer Occlusion: effet d obstruction du signal ou effet d ombrage Conditions météo Effet du vent Alignement des scans

25 ALS versus TLS Comparaison des données ALS et TLS en forêt TLS ALS Source: Hopkinsons and al Selon la densité de points par surface, l occlusion du signal est une limite importante pour voir les composantes du couvert forestier. ALS est relativement aveugle pour le sous-bois.

26 Éléments à considérer L espacement entre les rayons peut être ajusté pour différents niveaux de détails. Quelques exemples de résolution (érable rouge à environ 15 m du laser):

27 LiDAR Terrestre Le lidar terrestre procure des représentations 3D de haute précision de composantes des arbres et du peuplement, ce qui permet un complément aux mesures disponibles dans les inventaire terrestres traditionnels. Les mesures visées : Le diamètre à hauteur de poitrine Le défilement du tronc La hauteur de l arbre La couronne (dimensions, densité) La branchaison Structure de l arbre

28 Modèle numériques Modèle numérique de couvert Modèle numérique de surface Modèle numérique de couvert

29 Position des arbres

30 Représentation par voxels Hypothèse : L interception est proportionnelle à la densité de végétation Nbr de retours dans le volume VDI (Vegetation Density Index) = 100 Nbr faisceaux traversant le volume Durrieu et al. 2008

31 Représentation par voxels Tranches verticales de pin noir Direction du point de vue Classes de densité Low Medium High Very High Resolution voxel 1 m Resolution voxel 50 cm Resolution voxel 25 cm Durrieu et al. 2008

32 Étude sur le verglas C.. Nock, M. Follett, S. Delagrange, J. Pertunen, D. Greene, A. Paquette, R. Fournier and C. Messier Chaire CRSNG/Hydro-Québec sur le contrôle de la croissance des arbres Centre d'étude de la forêt, UQAM

33 Compétition - sapinière O. Martin R. Schneider R. Fournier Computree (R&D ONF) Compétition intra Hauteur (m) Compétition inter Nb de points moyen (Valeur relative)

34 Architecture des arbres Arbre réel Nuage de points LiDAR Arbre modélisé L-Architect - Jean-François Côté, Centre canadiende la fibre de bois

35 Architecture des arbres 1- Création de la structure des branches Données LiDAR Squelette initial Structure des branches Segmentation : Bois Segmentation : Feuilles L-Architect - Jean-François Côté, Centre canadiende la fibre de bois

36 Architecture des arbres 2- Ajout du feuillage Ajout de pousses aux extrémités des branches Ajout de pousses à l intérieur de la couronne en fonction de l illumination L-Architect - Jean-François Côté, Centre canadiende la fibre de bois

37 Architecture des arbres Thuya Occidental Sapin Douglas Pruche L-Architect - Jean-François Côté, Centre canadiende la fibre de bois

38 Architecture des arbres Thuya Occidental Sapin Douglas Pruche L-Architect - Jean-François Côté, Centre canadiende la fibre de bois

39 Placettes virtuelles Simulation d un peuplement à partir d un catalogue d arbres Catalogue d arbres Peuplement L-Architect - Jean-François Côté, Centre canadiende la fibre de bois

40 Où en est-on? Traiter les limites des données du lidar : occlusion, vent, largeur de faisceau, topologie, signaux fantôme, Établir les paramètres structuraux d intérêt à extraire avec le TLiDAR de façon opérationnelle : o défilement du tronc, o carte de peuplement o Paramétrisation de la couronne, Apporter un lien plus fort avec le lidar aéroporté (validation des méthodes avec l ALS) Produire des placettes virtuelles Vers un inventaire forestier avec plus de mesures et moins couteux Adaptation de l analyse à des problèmes spécifiques

41 Où en est-on? Retenir que les outils sont maintenant pratique pour faire l acquisition de données pour se doter d une nuage de point en placette, La difficulté principale à ce jour est d automatiser le traitement de la donnée pour en arriver à des résultats fiable, et cela même dans des conditions terrain difficiles (beaucoup d occlusion). Il est facile de se doter de bases de données très volumineuse mais avec une capacité limitée de traitement des nuages de points.

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