Simplifying UAV-Based Photogrammetry in Forestry: How to Generate Accurate Digital Terrain Model and Assess Flight Mission Settings

Autores
Pessacg, Facundo Hugo; Gómez Fernández, Francisco Roberto; Nitsche, Matias Alejandro; Chamorro, Nicolás; Torrella, Sebastián Andrés; Ginzburg, Rubén Gabriel; de Cristóforis, Pablo
Año de publicación
2021
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
In forestry, aerial photogrammetry by means of Unmanned Aerial Systems (UAS) could bridge the gap between detailed fieldwork and broad-range satellite imagery-based analysis. How-ever, optical sensors are only poorly capable of penetrating the tree canopy, causing raw image-based point clouds unable to reliably collect and classify ground points in woodlands, which is essential for further data processing. In this work, we propose a novel method to overcome this issue and generate accurate a Digital Terrain Model (DTM) in forested environments by processing the point cloud. We also developed a highly realistic custom simulator that allows controlled experimentation with repeatability guaranteed. With this tool, we performed an exhaustive evaluation of the survey and sensor settings and their impact on the 3D reconstruction. Overall, we found that a high frontal overlap (95%), a nadir camera angle (90◦), and low flight altitudes (less than 100 m) results in the best configuration for forest environments. We validated the presented method for DTM generation in a simulated and real-world survey missions with both fixed-wing and multicopter UAS, showing how the problem of structural forest parameters estimation can be better addressed. Finally, we applied our method for automatic detection of selective logging.
Fil: Pessacg, Facundo Hugo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; Argentina
Fil: Gómez Fernández, Francisco Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; Argentina
Fil: Nitsche, Matias Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; Argentina
Fil: Chamorro, Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; Argentina
Fil: Torrella, Sebastián Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires; Argentina
Fil: Ginzburg, Rubén Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires; Argentina
Fil: de Cristóforis, Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; Argentina
Materia
AERIAL PHOTOGRAMMETRY
DIGITAL TERRAIN MODEL
STRUCTURAL FOREST PARAMETERS
UNMANNED AERIAL SYSTEMS
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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In this work, we propose a novel method to overcome this issue and generate accurate a Digital Terrain Model (DTM) in forested environments by processing the point cloud. We also developed a highly realistic custom simulator that allows controlled experimentation with repeatability guaranteed. With this tool, we performed an exhaustive evaluation of the survey and sensor settings and their impact on the 3D reconstruction. Overall, we found that a high frontal overlap (95%), a nadir camera angle (90◦), and low flight altitudes (less than 100 m) results in the best configuration for forest environments. We validated the presented method for DTM generation in a simulated and real-world survey missions with both fixed-wing and multicopter UAS, showing how the problem of structural forest parameters estimation can be better addressed. Finally, we applied our method for automatic detection of selective logging.Fil: Pessacg, Facundo Hugo. 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