Application du lidar terrestre pour maximiser la valeur de
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Date : Lieu : Application du lidar terrestre pour maximiser la valeur de l’arbre sur pied Chhun-Huor Ung 1 et Pierre Bédard 2 1 Centre canadien sur la fibre de bois, RNCAN-SCF 2 FPInnovations 16 novembre 2012 Forêt de Valcartier
Application du lidar terrestre pour maximiser la valeur de
Microsoft PowerPoint - Ung&Bédard_Valcartier16Nov2012.pptDate
:
Lieu :
Application du lidar terrestre pour maximiser la valeur de l’arbre
sur pied
Chhun-Huor Ung1 et Pierre Bédard2
1 Centre canadien sur la fibre de bois, RNCAN-SCF 2
FPInnovations
16 novembre 2012
Forêt de Valcartier
Défense nationale, Valcartier Richard Fournier, Université de
Sherbrooke Jean-François Paquet, Service canadien des forêts Roger
Gagné, Centre canadien sur la fibre de bois Luc Bédard,
FPInnovations Bastien Ferland-Raymond, MRNFQ David Laflamme, Cansel
Guyta Mercier, FPInnovations et Caroline Gosselin,
Centre canadien sur la fibre de bois
Merci à nos collaborateurs
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Résumé C’est dans le cadre du développement de méthodes non
destructives pour caractériser le bois sur pied que se situe ce
travail. Il a pour objectif de comparer les rendements en sciage
simulés par le logiciel Optitek dont l’intrant est fourni par deux
méthodes : la méthode non destructive basée sur le lidar terrestre
et la méthode destructive basée sur la caméra - laser portable.
Sept érables à sucre ont été scannés par le lidar terrestre avant
d’être récoltés et scannés par la caméra - laser portable. Deux
analyses distinctes ont été réalisées: (1) chaque billot gardé
indépendamment et (2) les billots sommés ensemble pour une valeur
unique par arbre. La méthode statistique d’équivalence a été
utilisée pour comparer le volume total des billots (dm3) et le
volume de sciage simulé (pmp) avec le seuil de différence
acceptable 8.94%. Deux sources d’erreurs interviennent dans cette
comparaison : (1) erreur de reconstruction d'arbres dans la
placette d'échantillonnage des scans du lidar terrestre et (2)
erreur de superposition des images 3D du caméra laser portable avec
les images 3D du lidar terrestre. Malgré ces erreurs, le sciage
simulé et le volume de bois basés sur le lidar terrestre (méthode
non destructive) sont très similaires au sciage simulé et volume de
bois basés sur la méthode destructive. Ce résultat ouvre, d’une
part, la perspective d'appliquer l’Optitek en forêt par son lien
direct avec le lidar terrestre. Il contribue, d’autre part, à
justifier l’application opérationnelle du lidar terrestre en
inventaire forestier.
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Nouveau régime forestier du MRNFQ: -Stratégie d’utilisation du bois
vise une utilisation accrue des bois structuraux et d’apparence
dans la construction et (2) la -Loi sur l’aménagement durable de la
forêt : tarification des bois et vente aux enchères revêtent une
grande importance dans le plan d’aménagement forestier.
Données précises et détaillées de l’inventaire forestier: une des
bases fondamentales.
Développer méthodes non destructives e.g. appliquer lidar terrestre
dans les conditions réelles de forêts diversifiées.
Contexte
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Comparer les résultats de l’optimisation du sciage obtenus par :
-méthode destructive: scanneur caméra - laser portable -méthode non
destructive: lidar terrestre e.g. Focus 3D.
Chercher à savoir si les deux méthodes produisent des résultats
équivalents.
Objectif
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Récolter l’arbre et tronçonner
Scanner le billot
Duchesne I, P Bédard. 2010. Optitek, outil puissant pour maximiser
la valeur économique des forêts canadiennes. FPInnovations.
Transfert de connaissances, 2 p
Caméras laser
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Méthode non destructive: lidar terrestre
Une station centrale et des stations à la périphérie de la placette
( 1- 5m)
Focus 3D Image 3D
Optitek
•Développé par FPInnovations •Outil pour simuler le procédé de
sciage et ainsi augmenter la rentabilité économique du procédé
•Intrant: Type 1: Équations du défilement (e.g. Ung et al 2012):
données d’inventaire disponibles comme intrants (dhb, hauteur de
l’arbre) Type 2: Diamètres au gros et fin bout et longueur du
billot Type 3: Images 3D numérisée par le laser portable ou le
lidar terrestre
Type 1 Type 2 Type 3
Ung, C-H, XJ Guo and M Fortin (2012). Canadian national taper
equations. Accepté pour publication dans The Forestry
Chronicle
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Optitek: étapes Intrant de type 3: image 3D numérisée par lidar
terrestre
Thies et al (2004): cylindres ajustés au nuage de points
Thies, M, N Pfeifer, D Winterhalder, BGH Gorte 2004.
Three-dimensional reconstruction of stems for assessemnt of taper,
sweep and lean based on laser scanning of standing trees. Scand. J.
For. Res. 19: 571-581
1. Filtrage manuel du nuage de points
2. Conversion en format 3D en sections transversales (2,5 cm)
3. Filtrage final et avec Optitek
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Analyse statistique But: Montrer l'équivalence entre méthode
destructive (laser portable) et méthode non destructive (lidar
terrestre)
Méthode: Hypothèse nulle H0: pas de différence entre les méthodes.
•Non rejet de H0 est une preuve d'équivalence. •Plusieurs facteurs
peuvent amener le non rejet de H0 (Greene et al. 2000, Le Henanff
et al. 2006): analyse manque de puissance (n trop petit) ou design
déficient. •Absence de preuve n'est pas une preuve d'absence.
Inverser le fardeau de la preuve pour bien prouver l’équivalence
(non un problème expérimental).
Test d'équivalence: •Calculer la différence entre les résultats
obtenus par les deux méthodes et l'intervalle de confiance associé
à cette différence (Christensen 2007). •Méthodes équivalentes si
intervalle de confiance englobe zéro et à l'intérieur des bornes
préalablement sélectionnées. •Bornes: impact majeur sur le résultat
final, identifiées a priori.
•Christensen E. (2007). Methodology of superiority vs. equivalence
trials and non-inferiority trials. Journal of Hepatology.
46:947–954 •Greene WL, Concato J, Feinstein AR. (2000). Claims of
equivalence in medical research: are they suported by evidence? Ann
Intern Med. 132:715-722 •Le Henanff A, Giraudeau B, Baron G, Ravaud
P. (2006). Quality of Reporting of Noninferiority and Equivalence
Randomized Trials. JAMA. 295:1147-1151
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Données analysées Sept érables à sucre scannés par lidar terrestre
avant d’être récoltés et scannés par caméra - laser portable
(billots de 2.54 m).
Deux analyses distinctes: •Analyse 1: chacun billot gardé
indépendamment. Taille de l’échantillon = 34. •Analyse 2: les
volumes des billots sommés ensemble pour obtenir une valeur unique
par arbre. Taille de l’échantillon = 7.
Deux extrants d’Optitek testés: •volume total des billots (dm3)
•volume de sciage simulé (pmp). La détermination du seuil de
différence acceptable a été tiré de Weiskittel et Li (2012): erreur
de 8.94% (7% pour l’ensemble pin rouge et érable à sucre par
Hopkinson et al 2004).
Weiskittel A, R Li (2012). Development of regional taper and volume
equations: Hardwood species. University of Maine, School of Forest
Resources, Orono, ME 04469. Internal Report, 11 p Hopkinson C, L
Chasmer, C Young-Pow, P Treitz. 2004. Assessing forest metrics with
a ground-based scanning lidar. Can. J. For. Res. 34: 573-583.
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Volume total Volume de sciage
Log du volume (dm3)- méthode destructive
Lo g
du v
ol um
e (d
m 3 )
Lo g
du v
ol um
e (d
m 3 )
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Résultat: test Billots indépendants Test de Student Volume total
t33 = 0.1185, =0.9064 Volume de sciage t33 = 0.4724, =0.6404
Billots sommés par arbre Volume total t6= 0.2346, =0.8223 Volume de
sciage t6= -0.0658, =0.9496
Billots indépendants Billots sommés par arbre
Différence moyenne (log)
Différence moyenne (log)
Différence moyenne (log)
Différence moyenne (log)
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Conclusion
Deux principales sources d'erreurs impliquées dans la comparaison :
1.Erreur de reconstruction d'arbres dans la placette
d'échantillonnage des scans lidar terrestre sur stations
différentes dans la placette (erreur absente dans la méthode
destructive du laser portable) 2.Erreur de superposition des images
3D -laser portable avec les images 3D -lidar terrestre.
Malgré ces erreurs, le sciage simulé basé sur le lidar terrestre
(méthode non destructive) est très similaire au sciage simulé basé
sur la méthode destructive.
Ce résultat : 1.Rend possible l'application d’Optitek en forêt par
son lien direct avec le lidar terrestre (e.g. Focus 3D): avantage
de la méthode non destructive. 2.Contribue à la justification de
l’application opérationnelle du lidar terrestre en inventaire
forestier.
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Conclusion Justifications de l’application opérationnelle du lidar
terrestre en inventaire
forestier 1. Extraction automatique des paramètres dendrométriques
indépendante de la
subjectivité de la méthode manuelle 2. Comparaison directe de
mesures répétées à différents moments, sur des
positions identiques (inventaires répétés manuellement peuvent
varier considérablement)
3. Grande base de données numérisées des peuplements pour répondre
à un large éventail de besoins: a) Évaluer la réussite de la
régénération naturelle des essences cibles (algorithme d’évaluation
automatisée de la distribution relative de la lumière intercepté
par les parties ligneuses). b) Analyser les changements de l'état
du peuplement c) Produire les modèles de croissance d’arbre
dépendants de la distance requis pour optimiser l’éclaircie et
déterminer la valeur du bois à récolter.