Estimación de Biomasa Aérea de Bosques Urbanos Basada en Escenas Reales 3D de UAV
Autores: Zhao, Yinyin; Zhou, Lv; Chen, Chao; Li, Xuejian; Du, Huaqiang; Yu, Jiacong; Lv, Lujin; Huang, Lei; Song, Meixuan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Estimación de Biomasa Aérea de Bosques Urbanos Basada en Escenas Reales 3D de UAV
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Bosques urbanos
Estimación de AGB
UAV
Modelo 3D de escena real
Especies de árboles
Parámetros estructurales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
(1) Antecedentes: Una escena real tridimensional (3D) es una representación digital de la estructura dinámica multidimensional del mundo real que permite la expresión realista y estereoscópica de escenarios actuales, y es una herramienta tecnológica importante para la gestión de la refinación urbana. La biomasa aérea (AGB) de los bosques urbanos es un indicador importante que refleja el entorno ecológico urbano; por lo tanto, la estimación precisa de la AGB es de gran importancia para evaluar las funciones ecológicas urbanas. (2) Métodos: En este estudio, se obtuvieron fotografías aéreas multivista de árboles urbanos a través de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) en un vuelo de cinco vías con una sola lente, desde 0 grados, 0 grados, 90 grados, 180 grados, 270 grados y cinco otras direcciones. Se utilizó el algoritmo de estéreo de múltiples vistas (MVS) para construir modelos tridimensionales realistas de dos especies de árboles: ginkgo y alcanfor. Luego, se estimaron parámetros estructurales como la altura del árbol, el diámetro de la copa y el volumen de la copa a partir de los modelos de escena real 3D. Por último, se desarrollaron modelos de AGB de árbol individual basados en parámetros estructurales. (3) Resultados: Los resultados de este estudio indicaron lo siguiente: (A) El modelo 3D realista visible del UAV tenía una textura clara y reflejaba verdaderamente las características estructurales de dos especies de árboles, ginkgo y alcanfor. (B) Hubo una correlación significativa entre la altura del árbol de referencia, el diámetro de la copa y el volumen de la copa obtenidos del modelo 3D realista y los valores medidos; el R2 para la altura del ginkgo fue 0.90, el R2 para el diámetro de la copa del alcanfor fue 0.87, y el R2 para el volumen de la copa del ginkgo fue 0.89. (C) La precisión de los modelos de estimación de AGB construidos con la altura del árbol y el volumen de la copa como variables fue generalmente mayor que la de los modelos con la altura del árbol y el diámetro de la copa; el modelo con la mayor precisión de estimación de AGB para el ginkgo fue el modelo lineal con una precisión de validación R2 de 0.96 y RMSE de 8.21 kg, mientras que el modelo con la mayor precisión de estimación de AGB para el alcanfor fue el modelo polinómico cuadrático con una precisión de validación R2 de 0.92 y RMSE de 27.74 kg. (4) Conclusiones: Este estudio demostró que el modelo 3D de escena real del UAV puede lograr una alta precisión en la estimación de la biomasa de madera individual en bosques urbanos. Además, para ambas especies de árboles, no hubo una diferencia significativa entre las estimaciones de AGB basadas en el modelo 3D de escena real del UAV y LiDAR y la AGB medida. Estos resultados de la estimación de AGB de madera individual urbana basada en el modelo 3D de escena real del UAV fueron consistentes con los de LiDAR e incluso con la AGB medida. Por lo tanto, basado en el modelo 3D de escena real del UAV, la biomasa de madera individual se puede estimar con alta precisión. Esto representa un nuevo enfoque técnico para el monitoreo de recursos forestales urbanos y la evaluación de funciones del entorno ecológico.
Descripción
(1) Antecedentes: Una escena real tridimensional (3D) es una representación digital de la estructura dinámica multidimensional del mundo real que permite la expresión realista y estereoscópica de escenarios actuales, y es una herramienta tecnológica importante para la gestión de la refinación urbana. La biomasa aérea (AGB) de los bosques urbanos es un indicador importante que refleja el entorno ecológico urbano; por lo tanto, la estimación precisa de la AGB es de gran importancia para evaluar las funciones ecológicas urbanas. (2) Métodos: En este estudio, se obtuvieron fotografías aéreas multivista de árboles urbanos a través de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) en un vuelo de cinco vías con una sola lente, desde 0 grados, 0 grados, 90 grados, 180 grados, 270 grados y cinco otras direcciones. Se utilizó el algoritmo de estéreo de múltiples vistas (MVS) para construir modelos tridimensionales realistas de dos especies de árboles: ginkgo y alcanfor. Luego, se estimaron parámetros estructurales como la altura del árbol, el diámetro de la copa y el volumen de la copa a partir de los modelos de escena real 3D. Por último, se desarrollaron modelos de AGB de árbol individual basados en parámetros estructurales. (3) Resultados: Los resultados de este estudio indicaron lo siguiente: (A) El modelo 3D realista visible del UAV tenía una textura clara y reflejaba verdaderamente las características estructurales de dos especies de árboles, ginkgo y alcanfor. (B) Hubo una correlación significativa entre la altura del árbol de referencia, el diámetro de la copa y el volumen de la copa obtenidos del modelo 3D realista y los valores medidos; el R2 para la altura del ginkgo fue 0.90, el R2 para el diámetro de la copa del alcanfor fue 0.87, y el R2 para el volumen de la copa del ginkgo fue 0.89. (C) La precisión de los modelos de estimación de AGB construidos con la altura del árbol y el volumen de la copa como variables fue generalmente mayor que la de los modelos con la altura del árbol y el diámetro de la copa; el modelo con la mayor precisión de estimación de AGB para el ginkgo fue el modelo lineal con una precisión de validación R2 de 0.96 y RMSE de 8.21 kg, mientras que el modelo con la mayor precisión de estimación de AGB para el alcanfor fue el modelo polinómico cuadrático con una precisión de validación R2 de 0.92 y RMSE de 27.74 kg. (4) Conclusiones: Este estudio demostró que el modelo 3D de escena real del UAV puede lograr una alta precisión en la estimación de la biomasa de madera individual en bosques urbanos. Además, para ambas especies de árboles, no hubo una diferencia significativa entre las estimaciones de AGB basadas en el modelo 3D de escena real del UAV y LiDAR y la AGB medida. Estos resultados de la estimación de AGB de madera individual urbana basada en el modelo 3D de escena real del UAV fueron consistentes con los de LiDAR e incluso con la AGB medida. Por lo tanto, basado en el modelo 3D de escena real del UAV, la biomasa de madera individual se puede estimar con alta precisión. Esto representa un nuevo enfoque técnico para el monitoreo de recursos forestales urbanos y la evaluación de funciones del entorno ecológico.