Monitoring conterminous United States (CONUS) land cover change with Web-Enabled Landsat Data (WELD)
Matthew C. HansenA. EgorovPeter PotapovStephen V. StehmanAlexandra TyukavinaSvetlana TurubanovaDavid P. RoyS. J. GoetzThomas R. LovelandJ. JuAnil KommareddyV. KovalskyyC. Riley ForsythTimothy Carl Bents
164
Citation
68
Reference
10
Related Paper
Citation Trend
Keywords:
Land Cover
본 연구는 다양한 센서를 이용하여 건물의 실내외 데이터를 취득하고, 공간정보 구축에 활용함으로써 디지털 트윈을 위한 효과적인 데이터 구축 방안을 제시하고자 하였다. 신축 건물을 연구대상지로 선정하고, 드론 영상, 드론LiDAR 및 지상 LiDAR를 이용하여 데이터를 취득하였으며, 자료처리를 통해 포인트클라우드 형태의 성과물을 생성할 수 있었다. 지상 LiDAR 데이터의 각 스테이션 별로 취득된 포인트클라우드 데이터에 대한 최대 정합오차를 분석하고, 지상 LiDAR 데이터를 기준으로 드론 영상 및 드론 LiDAR 데이터의 정확도를 분석하였다. 정확도 분석 결과 지상 LiDAR 데이터를 기준으로 드론 영상은 수평방향 0.04m, 수직방향 0.066m, 드론 LiDAR는 수평방향 0.07m, 수직방향 0.06m 이내의 정확도를 나타내었다. 드론 영상의 경우 GSD (Ground Sample Distance)에 따라서 수평 방향에 대해 드론 LiDAR보다 높은 정확도를 나타냈지만 수직 방향은 드론 LiDAR가 더 높은 정확도를 나타냄을 알 수 있었다. 연구결과를 통해 드론 영상 또는 드론 LiDAR와 지상 LiDAR 데이터의 융합을 통해 효과적으로 건물 실내외에 대한 데이터를 구축할 수 있음을 제시할 수 있었다. 연구에 사용된 드론 영상, 드론 LiDAR 및 지상 LiDAR 데이터의 융합은 건물 또는 시설물에 대한 모델링과 도면의 생성을 위한 효과적인 데이터 구축 방안이 될 것이다.
Ranging
Cite
Citations (2)
This chapter discusses the contribution of field spectroradiometry and hyperspectral remote sensing in extracting information related to land cover mapping. It provides an overview on the use of field spectroradiometry in examining the spectral discrimination between different land cover targets. An overview on the main statistical approaches employed in spectral separation of different land cover targets is provided. The chapter focuses on the use of hyperspectral remote sensing imagery from airborne or satellite platforms for obtaining regional estimates of land use/cover. An overview of the different techniques employed in mapping land cover types from such data is presented with examples from case studies. The chapter also discusses the importance of observation scale in land cover extraction using remote sensing data. Finally, it highlights the challenges toward a more precise estimation of land use/cover from field spectroradiometry and hyperspectral remote sensing with respect to spectral information acquired at different spatial scales.
Land Cover
Cite
Citations (7)
Tree canopy
Cite
Citations (31)
Lidar has been widely used in military and civilian applications. This passage mainly introduces a type of lidar used in autonomous vehicle: TOF lidar. The working principle of TOF lidar was introduced in detail. Then based on the TOF lidar, there are two types of lidar to be introduced: scanning lidar and non-scanning lidar. Scanning lidar includes single-line scanning lidar and multi-line scanning lidar. 3D-flash lidar was taken as example to introduce non-scanning lidar. The contents of each type of lidar are system structure, working principle, the development around the world and some problems existing currently. Introduction of lidar development direction is made, including MEMS technology and ZOL technology.
Cite
Citations (84)
Τα δομικά χαρακτηριστικά των δέντρων αποκτούν ολοένα και μεγαλύτερη σημασία στην καλλιέργεια των οπωροφόρων δέντρων, ιδίως κατά την εφαρμογή των τεχνικών της δενδροκομίας ακριβείας. Κρίσιμα στοιχεία για την πληρέστερη εφαρμογή της αποτελούν η ακριβής εξαγωγή και επεξεργασία της δομής των δέντρων καθώς και η χωρική και χρονική παρακολούθηση των καλλιεργειών, μέσω της οποίας επιτυγχάνεται η βελτιστοποίηση των πρακτικών διαχείρισης, όπως το κλάδεμα, το αραίωμα, η επιλεκτική συγκομιδή, ο ψεκασμός με φυτοφάρμακα και λιπάσματα, του οπωρώνα. Παραδοσιακά, η συλλογή των παραπάνω πληροφοριών γινόταν μέσω χειρωνακτικής δειγματοληψίας, η οποία χαρακτηριζόταν από υψηλό κόστος εργασίας, χρόνο διεκπεραίωσης και μεγάλη πιθανότητα σφάλματος. Προς επίλυση των εν λόγω προβλημάτων, αναπτύχθηκε η τρισδιάστατη (3D) ανίχνευση, προσφέροντας νέες δυνατότητες στις γεωργικές πρακτικές και αυξάνοντας την απόδοση τους μέσω της χρήσης κατάλληλων αισθητήρων. Υπό το πλαίσιο αυτό, οι κύριοι παράγοντες που συμβάλλουν σε αυτή τη δυνατότητα είναι η συνεχιζόμενη αύξηση της επεξεργαστικής ισχύος των υπολογιστών, η μείωση κόστους και μεγέθους των ηλεκτρονικών συσκευών, η ενίσχυση της απόδοσης των διόδων εκπομπής λέιζερ. Συνεπώς, η ανάγκη για κατανόηση και φροντίδα των επιμέρους καλλιεργειών απαιτεί ακριβείς και αξιόπιστες τεχνικές επεξεργασίας δεδομένων για την εξαγωγή πληροφοριών υψηλής ευκρίνειας που χρειάζεται ο καλλιεργητής για την υποστήριξη της δενδροκομίας ακριβείας.Στην παρούσα μελέτη εφαρμόστηκαν τεχνικές δενδροκομίας ακριβείας σε μηλεώνες. Στόχος της μελέτης ήταν η εξαγωγή και ανάλυση τρισδιάστατων (3D) δομικών πληροφοριών των δέντρων σε συνάρτηση με τη φυσιολογία τους, τις ιδιότητες του εδάφους, του μικροκλίματος, την απόδοση και την ποιότητα των καρπών. Για την εκπλήρωση αυτού του στόχου, τοποθετήθηκε ένα σύστημα light detection and range (LiDAR) πάνω σε ένα τρακτέρ για τη σάρωση των σειρών του οπωρώνα.Η πρώτη συνεισφορά της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη μεθοδολογίας κατάτμησης των δέντρων με σκοπό τον εντοπισμό του εκάστοτε δέντρου σε 3D απεικόνιση, με βάση τη θέση του κορμού του σε οπωρώνες πυκνής φύτευσης. Η προσέγγιση εστιάζει σε μηλιές συστήματος παλμέτας, τα οποία χαρακτηρίζονται ως ιδιαίτερααπαιτητικά στην ανάπτυξη αλγορίθμων κατάτμησης εξαιτίας των διακλαδώσεων μεταξύ των φυτών. Αρχικά, η ακρίβεια του συστήματος LiDAR αξιολογήθηκε στον οπωρώνα χρησιμοποιώντας ένα μεταλλικό κουτί συγκεκριμένων διαστάσεων. Εν συνεχεία, ένα ιστόγραμμα πυκνότητας σημείων χρησιμοποιήθηκε για τον εντοπισμό των δέντρων με βάση τη θέση του κορμού τους, ενώ ένας κύλινδρος τοποθετήθηκε γύρω από το κορμό για την κατάτμηση του εκάστοτε δέντρου. Κατά συνέπεια, για των εξαγωγή των συμπερασμάτων της παρούσας, εκτιμήθηκαν δομικές πληροφορίες των δέντρων, όπως το ύψος, ο όγκος και η διάμετρος του κορμού. Κρίσιμο στοιχείο για την εξαγωγή των εν λόγω συμπερασμάτων αποτέλεσε ο σημαντικός συντελεστής συσχέτισης μεταξύ των χειρωνακτικών μετρήσεων επί των στοιχειών αυτών και των 3D δεδομένων που ελήφθησαν με τη χρήση του συστήματος LiDAR. Ωστόσο, αξιομνημόνευτο καθίσταται το γεγονός ότι μέσω της χρήσης του συστήματος LiDAR με το προαναφερόμενο μεταλλικό κουτί, παρουσιάστηκε αυξημένη πιθανότητα σφάλματος επί των σημείων που βρίσκονταν σε μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ του ανοίγματος λέιζερ και του αντικειμένου.Η δεύτερη συνεισφορά σχετίζεται με την εφαρμογή των δομικών παραμέτρων εντός ενός μοντέλου υδατικού ισοζυγίου, αποσκοπώντας στην παρατήρηση της αλληλεπίδρασής τους με το μικρόκλιμα και τις ιδιότητες του εδάφους κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου. Συγκεκριμένα, η φυλλική επιφάνεια (LA) και το ύψος των δέντρων, όπως αυτά υπολογίστηκαν μέσω του συστήματος LiDAR, συνδυάστηκαν με τα μετεωρολογικά δεδομένα και τις εδαφικές μεταβλητές για την εκτίμηση των ημερήσιων αναγκών των δέντρων σε νερό σε διαφορετικές περιοχές ηλεκτρικής αγωγιμότητας του εδάφους (ECa). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η γεωμετρία των δέντρων αλληλοεπιδρά με την ECa, καθώς και ότι η αξιοποίηση 3D δεδομένων των φυτών και του μικροκλίματος αύξησε τη χωρική ευκρίνεια του μοντέλου υδατικού ισοζυγίου, παρέχοντας μεγαλύτερη ακρίβεια σε αντίθεση με τις παραδοσιακές μεθόδους. Επιπλέον, η εκτιμώμενη LA με το LiDAR παρουσίασε υψηλούς συσχετισμούς με το ECa σε διαφορετικές περιοχές. Παράλληλα, παρατηρήθηκε συσχέτιση μεταξύ του ECa και της συνολικής διαθέσιμης περιεκτικότητας σε νερό επί του ριζικού συστήματος, ενώ ο συνδυασμός του ECa και του LA ανέδειξε την έννοια της χωρικής επίλυσης του ισοζυγίου νερού, επιτρέποντας την πληρέστερη εκτίμηση των ημερήσιων αναγκών των δένδρων σε νερό.Εν συνεχεία, ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στη χωρική και χρονική εκτίμηση της γεωμετρίας των δέντρων σε 3D με τη χρήση του συστήματος LiDAR κατά τα στάδια ανάπτυξης τους. Αρχικά αναλύθηκε η χωρική επίδραση της ECa και μορφολογίας του οπωρώνα στην ανάπτυξη του όγκου των δέντρων, παρουσιάζοντας υψηλή διακύμανσηκατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου και σημαντική εξάρτησή της από τις ιδιότητες του εδάφους. Το σύστημα LiDAR χρησιμοποιήθηκε για τους σκοπούς της επίβλεψης της καλλιέργειας ολόκληρου του οπωρώνα κατά τη διάρκεια της περιόδου ανάπτυξης. Ο εκτιμώμενος όγκος των δένδρων συσχετίστηκε αρνητικά με την ECa σε όλες τις περιοχές του οπωρώνα (χαμηλές, μεσαίες και υψηλές), εμφανίζοντας ότι η ανάπτυξη των δέντρων σε χαμηλά επίπεδα ECa αυξήθηκε κατά περίπου 30% σε σύγκριση με τις μεσαίες και υψηλές περιοχές ECa. Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η ανάπτυξη του δένδρου κυμαίνεται χωρικά, καθιστώντας έτσι την επίγεια σάρωση με λέιζερ μια χρήσιμη μέθοδο για τη λήψη αποφάσεων στην δενδροκομία ακριβείας.Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε η εκτίμηση της LA με βάση το LiDAR συσχετίζοντας την LA των αποφυλλωμένων δέντρων με τα αντίστοιχα σημεία ανά δέντρο (PPT). Παράλληλα, η γραμμικότητα και η βαθμονομημένη ανάκλαση του LiDAR, χρησιμοποιήθηκαν για την κατάτμηση των ξυλώδων τμημάτων από τα PPT στα διαφορετικά στάδια ανάπτυξης, βελτιώνοντας τη σχέση με την χειρωνακτική LA. Οι χωρικές συσχετίσεις της LA διερευνήθηκαν με την ECa και την απόδοση κατά τη διάρκεια της περιόδου, ενώ κατασκευάστηκε ένα μοντέλο k-nearest neighbour για την πρόβλεψη της νωπής μάζας των καρπών, της διαμέτρου και ης περιεκτικότητας σε διαλυτά στερεά, μέσω της ECa και LA. Τα αποτελέσματα αυτά επιβεβαιώνουν τη χωρική και χρονική διακύμανση της ανάπτυξης του φυλλώματος, υποδηλώνοντας παράλληλα την αξία των δεδομένων της LA σε συστήματα υποστήριξης αποφάσεων που στοχεύουν στη βελτιστοποίηση της διαχείρισης των οπωρώνων.Η εκτίμηση του LA βελτιώθηκε όταν εντοπίστηκαν και αφαιρέθηκαν τα σημεία των ξυλωδών μερών, παρέχοντας υψηλότερο προσαρμοσμένο συντελεστή συσχέτισης στις 55 ημέρες μετά το σπάσιμο των οφθαλμών. Επιπρόσθετα, παρατηρήθηκε ότι η ECa και η LA συσχετίστηκαν θετικά με το μέγεθος των φρούτων. Με κίνητρο αυτούς τους συσχετισμούς, δημιουργήθηκαν μοντέλα k- nearest neighbour για να προβλέψουν την ποιότητα των φρούτων κατά τη συγκομιδή, εφαρμόζοντας το μοντέλο πρώτου έτους της μελέτης στα δεδομένα του επόμενου έτους. Με βάση τη γεωγραφική θέση και τη ECa, η ακρίβεια ταξινόμησης στην επαλήθευση του συνόλου των δεδομένων ήταν 39.7%, ενώ η ταξινόμηση με βάση τη γεωγραφική θέση και το LA οδήγησε στο 63.3%. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν τη χωρική και χρονική μεταβολή της ανάπτυξης του δένδρου.Στο τελικό τμήμα της παρούσας μελέτης, παρατηρήθηκε ότι οι δομικές παράμετροι των δέντρων μπορούν να επηρεάσουν το μέγεθος, τον αριθμό και τις ποιοτικές παραμέτρους των καρπών. Ως εκ τούτου, προτάθηκαν αλγόριθμοι ανίχνευσης των καρπών με τη χρήση του συστήματος LiDAR για την εκτίμηση της διαμέτρου τουςκατά τα στάδια ανάπτυξης του δένδρου. Σε κάθε μέτρηση, τα δέντρα σαρώθηκαν πριν και μετά την αποφύλλωση. Ο διαχωρισμός των καρπών βασίστηκε στις οριακές τιμές της βαθμονομημένης ανάκλασης του LiDAR και στα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της γραμμικότητας και της καμπυλότητας . Η υψηλή πολυπλοκότητα της δομής των δέντρων επιβάλλει την ανάγκη δημιουργίας μιας μεθόδου αξιολόγησης που θα λαμβάνει υπόψη τους καρπούς από τα αποφυλλωμένα δέντρα ως σημείο αναφοράς. Συνεπώς η αξιολόγηση του αριθμού και της θέσης των καρπών που εντοπίζονται σε δέντρα με φύλλα πραγματοποιείται. Συγκρίνονται αυτά με τα σημεία αναφοράς που βρέθηκαν στα αποφυλλωμένα δένδρα. Τα αποτελέσματα έδειξαν την υψηλή ικανότητα του LiDAR να εντοπίζει και να υπολογίζει το μέγεθος των καρπών σε 3D, ξεπερνώντας τους περιορισμούς των συστημάτων εικόνας, τα οποία είναι ευαίσθητα στους μεταβλητούς εξωτερικούς παράγοντες που οδηγούν σε σημαντικές διακυμάνσεις στα δεδομένα.Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε ανάλυση της βαθμονομημένης ανάκλασης του LiDAR επί των στοιχείων του δέντρου, δείχνοντας διακριτές τιμές για φύλλα, ξυλώδη μέρη και καρπούς. Η διάμετρος των μήλων που υπολογίστηκε από τα φυλλωμένα δέντρα συσχετίστηκε σημαντικά με τα σημεία αναφοράς των αποφυλλωμένων δένδρων κατά τη συγκομιδή. Παράλληλα, στη σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν από τα δεδομένα του φυλλώματος και του αποφυλλωμένου δέντρου, ο εκτιμώμενος αριθμός των φρούτων στα φυλλωμένα δέντρα στις 120 ημέρες μετά την πλήρη άνθηση, αποτέλεσε το 94.8% των πραγματικών τιμών αναφοράς. Ο αλγόριθμος είχε ως αποτέλεσμα μέγιστες τιμές ακρίβειας 88.2%, ανάκλησης 91.0% και 89.5 F1 score σε 120 ημέρες μετά την πλήρη άνθηση.Τα μέρη αυτής της διατριβής έχουν σχεδιαστεί για την αντιμετώπιση του μελλοντικού μηχανικού οράματος υπό το πρίσμα των δύσκολων περιβαλλοντικών συνθήκων που παρατηρούνται σε οπωρώνες υψηλής πυκνότητας. Όσον αφορά την κατάτμηση των δέντρων, η ακρίβεια της προτεινόμενης μεθοδολογίας θα πρέπει να αξιολογηθεί σε διάφορα πολυετή δέντρα και συστήματα φύτευσης για την παροχή πληρέστερων αποτελεσμάτων. Η μελλοντική έρευνα θα πρέπει να διερευνήσει περαιτέρω την εφαρμογή τρισδιάστατων χωρικών και χρονικών πληροφοριών επί φυτών (π.χ. LA, όγκος) από οπωρώνες υψηλής πυκνότητας σε συστήματα εφαρμογής μεταβλητής δόσης όπως η άρδευση και η λίπανση. Σε κάθε περίπτωση, η σχέση της ποιότητας των φρούτων και του LA θα πρέπει να παρατηρηθεί σε διαφορετικές ποικιλίες και κλίματα, στοχεύοντας στη βελτίωση λήψης αποφάσεων σε οπωρώνες. Εν κατακλείδι, η εκτίμηση του αριθμού των φρούτων κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου μπορεί νασυνεισφέρει στο αραίωμα των καρπών και την επιλεκτική συγκομιδή. Για την ορθότερη και πληρέστερη αξιολόγηση της προτεινόμενης μεθοδολογίας, θα πρέπει αυτή να κριθεί μελλοντικά με διαφορετικές ποικιλίες μήλων και αισθητήρες LiDAR.
Cite
Citations (0)
Several spaceborne and airborne lidar systems have been launched for vegetation canopy studies. Previous research has shown that lidars are useful tools for remote sensing of vegetation architecture. To support its Airborne Remote Sensing Program, the University of Nebraska has developed a multiwavelength airborne polarimetric lidar system. This system employs a Nd:YAG laser which emits radiation at two wavelengths: the fundamental at 1064 nm and the frequency-doubled at 532 nm. Both laser beams are highly linearly polarized (100:1 extinction ratio) and have a beam divergence angle of /spl sim/4 mrad. The receiver consists of four channels, which enable dual-wavelength and dual-polarization detection. In addition to the polarimetric information that could be gathered, this lidar system also has ranging capability and is able to record the whole lidar waveform. Thus, our lidar is capable of performing studies of vegetation canopy structure as well as characterization of vegetation depolarization. The system has been packaged to fly aboard a Piper Saratoga aircraft from a height of 1000 m. In this paper, we will present the details of the lidar system design, instrumentation, the system alignment and preliminary ground test results.
Instrumentation
Ranging
Flight test
Cite
Citations (11)
This paper is a review of lidar remote sensing of the aquatic environment. The optical properties of seawater relevant to lidar remote sensing are described. The three main theoretical approaches to understanding the performance of lidar are considered (the time-dependent radiative transfer equation, Monte Carlo simulations, and the quasi-single-scattering assumption). Basic lidar instrument design considerations are presented, and examples of lidar studies from surface vessels, aircraft, and satellites are given.
Atmospheric optics
Cite
Citations (22)
We need to be able to quantitatively measure the performance of a LiDAR. This will be more difficult than measuring the performance of a traditional 2D sensor because we have more dimensions to measure. The most common LiDAR is a 3D LiDAR, which involves measuring range response as well as angle/angle response. This chapter first discusses LiDAR figures of merit, which are the characteristics we need to measure to determine LiDAR performance (the discussion may not describe how to measure all of the figures of merit). Simple direct-detection LiDAR will not have as many relevant figures of merit as a coherent LiDAR. Next, the chapter discusses LiDAR testing, focusing primarily on 3D direct-detection LiDAR. Finally, to obtain optimum performance, we need to calibrate the LiDAR. The chapter concludes by providing methods to remove intensity and range measurement nonuniformities. Again, this discussion on calibration will focus on 3D directdetection LiDAR.
Figure of Merit
Cite
Citations (0)
LIDAR has to be considered as a key-tool for environmental remote sensing. A LIDAR measurement, based on the laser induced spectroscopy of a remote target, give the possibility of an accurate and fast monitoring of wide areas with good spatial and temporal resolution. LIDAR applications range from atmosphere to earth-surface remote sensing, offering the possibility of measuring significant environmental parameters, such as the concentration of different pollutants and of biological pigments. LIDAR sensors have been successfully employed from different mobile platforms, including van, ship, helicopter and aeroplane.
Environmental Monitoring
Cite
Citations (0)
Lidar or laser radar, a modern active remote sensing technique of atmosphere, has been fast developed and widely applied in survey of the atmospheric and the marine environment because of its high accuracy and high time-space resolution of measurement. This paper firstly describes the basic measurement principle of the lidar and then discusses/analyzes the key technologies/methods, and application prospect of the several kind of existing lidar particularly, such as atmospheric environment monitor lidar, the meteorological observation lidar and space borne lidar. Finally, the newest lidar technology and its advances in the domestic and foreign are summarized.
Cite
Citations (7)