Le LiDAR terrestre : une nouvelle façon de voir la forêt. Jean-François Côté, chercheur scientifique RNCan-Centre canadien sur la fibre de bois

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1 Le LiDAR terrestre : une nouvelle façon de voir la forêt Jean-François Côté, chercheur scientifique RNCan-Centre canadien sur la fibre de bois

2 Le LiDAR terrestre : une nouvelle façon de voir la forêt Jean-François Côté Centre canadien sur la fibre de bois Colloque du SCF-CFL 29 janvier 2015

3 MISE EN CONTEXTE 3

4 4 Évaluation de la ressource Partenariat Ressources naturelles Canada Service canadien des forêts CCFB ±10 % SCF

5 5 $ Innovation (amont) Valeur Système d aide à la décision Génomique et attributs de la fibre Inventaire amélioré Récolte Livraison

6 Produits 6 $ Utilisation de la fibre (aval) Produits du bois Pâtes et papier Produits chimiques FC, CNC (NCC) Lignine Sucre Énergie

7 7 Inventaire amélioré Développer des outils et des techniques pour mieux comprendre les caractéristiques de la ressource Poussé par l'utilisation efficace des produits de télédétection Imagerie haute résolution, LiDAR aéroporté/terrestre Quantifier et qualifier les attributs de la fibre hauteur, branchaison, dimensions de la couronne f (espèce, environnement, structure) 7

8 8 Télédétection LIDAR TERRESTRE

9 9 Télédétection Optique? Variables SPOT Quickbird Landsat Aerial Photograph Enhanced Thematic Mapper Plus Multispectral Panchromatic RGB Resolution: Availability: 30m 10m cm 20m 15m m 16PSPs Island 550 km wide

10 LiDAR : Light Detection And Ranging 10 Aérien premier dernier Terrestre premier dernier

11 11/18

12 12/18

13 13 LiDAR D = c* t/2 Nuage de points 3-D Coordonnées x-y-z Intensité

14 14 LiDAR terrestre Émission Détection Image Empreinte/Footprint cm, mm

15 15 LiDAR terrestre Le LiDAR-t permet d enregistrer la structure d un objet et se fait de façon rapide et précise. Monté sur trépied Balayage de 360 (selon le type d appareil) Produit un nuage de points 3-D Acquiert des millions de points avec une précision millimétrique Longueur d onde du laser : rouge, proche infrarouge Utilisé sur le terrain avec un jeu de cibles

16 16 Sur le terrain Laser Cibles Repérage Alignement GPS

17 Nuage de points (+ intensité) 17

18 18 Exemple sans feuilles Coloré en fonction de la hauteur (axe-z)

19 19 Exemple avec feuilles Coloré en fonction de la hauteur (axe-z)

20 20 Acquisition de la donnée CONTRAINTES EN FORÊT

21 21 Météo À éviter Pluie Neige Vent Effet du vent

22 22 Occlusion Effet ombrage Les objets interceptent le laser Les objets à l arrière ne sont pas vus Mal échantillonnés

23 23 Occlusion Effet d ombrage pour un arbre individuel : Érable rouge - vue du dessus

24 24 Occlusion Effet d ombrage dans le peuplement de conifères Vues de différentes perspectives des arbres en rouge : Tous P1 P2 P3

25 25 Occlusion Exemple d effet d ombrage entre deux arbres Érable Dessus Côté Pin Devant Érable Pin Érable Pin

26 26 Occlusion Images de feuillus SANS FEUILES ÉRABLE ROUGE Devant Côté Dessus AVEC FEUILLES

27 27 Occlusion Premier et dernier retour PREMIER RETOUR Dernier Premier DERNIER RETOUR

28 28 Occlusion Premier et dernier retour PREMIER RETOUR DERNIER RETOUR VUE DU DESSUS

29 29 Occlusion Premier et dernier retour

30 30 Occlusion Largeur du faisceau 13,7 mm Espacement entre les rayons : -> peut aider à réduire l effet d occlusion -> augmente la taille de la donnée (40 Mb 700 Mb) ½ Quelques exemples de résolution ,9 mm 13,7 mm 34,3 mm 10 m ILRIS ILRIS ILRIS ILRIS

31 31/18 Occlusion Scène «complète» Solution employée Scans multiples Différents points de vue Minimiser l effet d occlusion Besoin de cibles Pos# 1 Pos# 2 Ex. acquisition de balayages Pos# 4 Pos# 3

32 32 Alignement Alignement des balayages pour recréer la scène 3-D Scans faussement colorés intensité

33 33 Alignement Scans alignés

34 34 Solutions logiciels TRAITEMENTS DE LA DONNÉE

35 35 Logiciels Logiciels Propriétaires Générique + ingénierie - foresterie Alignement Filtrage Découpage Sélection

36 36 Prétraitements Alignement des balayages Utilisation des cibles Filtrage Bruit Humidité «Mauvais» retours Réduire la quantité de données Sélection d une zone Conserve un point par x mm 3

37 Hauteurs (manuellement) 37

38 Hauteurs (manuellement) 38

39 39 Diamètres (manuellement) Définir la hauteur (1,3 m) et une épaisseur de mesure Règle Calage de cercle Spline

40 Diamètres (manuellement) 40

41 41 Logiciels pour automatisation Adapté pour la foresterie/écologie + efficace + focus Payant Ex. TreeMetrics Open-source Communauté scient. Ex. Computree Crédits: TreeMetrics

42 42 Étapes de traitement Extraction de la placette Placette A88

43 43 Étapes de traitement Métriques de surface Végétation vs sol MNH MNT MNH : Modèle numérique de hauteur MNT : Modèle numérique de terrain

44 44 Étapes de traitement Nuage de points avec et sans sol

45 Étapes de traitement 45

46 46 Étapes de traitement Détection des tiges

47 47 Étapes de traitement Cartographie de la position des arbres sur le MNT à partir de l info 3D et d algorithmes semi-automatiques

48 48 Étapes de traitement Gérer l occlusion (en développement)

49 49 Solutions logiciels EXTRACTION D ATTRIBUTS

50 50 Attributs : MNT détaillé Estimer la pente et caractériser le relief

51 51 Attributs : MNC détaillé Densité du couvert! Utilise une couche supérieure dans le nuage de points ½ hauteur max.

52 52 Attributs : distribution des trouées Nuage Grille 3D % de trouées Stratifié Global Indices Hétérogénéité Occupation spatiale

53 53/18 Attributs : position et défilement Cartographier la position des arbres Création de segments sur les tiges détectées Mesure détaillée des tiges

54 54 Attributs : mesure détaillée des tiges Profil détaillé de la tige Nuage de points associé Optitek de FPInnovations Maximiser la valeur 54

55 55 Attributs : couronnes Segmentation des couronnes (2D) À partir du MNC

56 56 Attributs : couronnes Dimension des couronnes (3D) 56

57 Attributs : ensoleillement 57

58 58 Attributs : caractériser le matériel Feuillage vs Bois Surface foliaire Volume de bois Hosoi et al., 2013 Béland et al., 2014

59 59 Attributs : structure de branches Squelettisation Hackenberg et al. 2014

60 60 Attributs : structure de branches Forme des arbres sur la productivité Credits: Northern Hardwood 60 Research Institute

61 61 Attributs : espèces Identification de l essence par la forme

62 62 Attributs : espèces Identification avec la texture de l écorce

63 63 Attributs : modélisation 3-D Reconstruction d arbres

64 64 Attributs: modélisation 3-D Reconstruction de placettes Appliquée à l estimation des attributs de la fibre

65 65 Validation pour la télédétection Difficulté de valider les approches pour extraire les attributs des forêts Simulateurs existent pour différents capteurs Besoin de scènes 3-D réalistes LiDAR terrestre + modèle d architecture

66 66 Validation pour la télédétection Imagerie LiDAR aérien Widlowski et al. 2014

67 67 Récapitulatif CONCLUSION

68 68 Conclusion Aborder les problèmes Occlusion, Vent Échantillonnage à une échelle inégalée Mesure détaillée des caractéristiques de l arbre Bien au-delà de ce qui est possible sur le terrain Profil de la tige et ramification Au-delà du travail fait dans les plantations à peuplement ouvert ou dans les parcs urbains! Attribut de placettes et de la canopée Profil de matériel, carte d arbres, trouées Obtenir la structure complète du nuage de points En mesure de passer par dessus la barrière de points non connectés d un nuage

69 69 Conclusion Problèmes qui subsistent : Doit encore être adapté à notre environnement Différent des parcs urbains ou des arbres isolés Ajouter ces informations améliorera : Capacité de prédire l évolution de l arbre et la distribution du produit Capacité de déterminer le coût de la récolte et prendre des décisions de sylviculture

70 70 Questions? MERCI