Aplicaciones de LiDAR para inventario forestal exhaustivo y cartografía de la estructura 3D en una dehesa mediterránea

Transcripción

1 Aplicaciones de LiDAR para inventario forestal exhaustivo y cartografía de la estructura 3D en una dehesa mediterránea Martínez, R. 1,2*, Vicente, C. 2, Ortega, S. 2, Burgos, T. 2 & Montalvo, J. 1,2 1 Universidad de Vigo 2 Fundación Matrix, Investigación y Desarrollo Sostenible Murcia, 4 de Octubre

2 Introducción Pulso Único retorno desde suelo

3 Introducción Pulso Único retorno desde copa

4 Introducción Pulso Retornos desde copa

5 Introducción Pulso Hasta dónde penetra el láser?

6 Objetivos 1. Describir cuantitativamente la variabilidad de la arquitectura individual de la copa de árboles de dehesa y su relación con la penetración de los pulsos LiDAR 2. Ensayar aplicaciones de datos LiDAR para inventario exhaustivo de vegetación arbórea de dehesa 3. Evaluar la utilidad de los datos del proyecto PNOA-LiDAR para conocer la estructura 3D de la vegetación leñosa de una forma fiable

7 Área de estudio Provincia de Córdoba Parque Natural Sierra de Hornachuelos

8 Área de estudio 214,6 ha

9 Material y métodos

10 Material y métodos PNOA-LIDAR 0,5 puntos / m2 4 retornos

11 Material y métodos MDT 1x1 m (IDW) 149 puntos de control Normalización de valores z de ecos SIG m s.n.m

12 Material y métodos Arquitectura individual de las copas y penetración de pulsos LiDAR Muestreo de campo: georreferenciación y medida de variables dendrométricas de cada árbol Análisis descriptivo y modelos de regresión: relación entre variables Selección de variables y modelos de regresión por su capacidad predictiva Modelos de calibración (80% de la muestra) y validación (20% de la muestra) Variables medidas en árboles Ht = Altura dominante (m) Hc = Altura de la base de la copa (m) Lc = Longitud de la copa (m) Ac = Área de copa (m 2 ) Vc = Volumen de copa (m 3 )

13 Material y métodos Ac Ht Lc = Ht - Hc Hc Vc Hipsómetro Vertex Laser VL5 GPS R8 GNSS Herramientas SIG Muestra 150 árboles

14 Material y métodos Arquitectura individual de las copas y penetración de pulsos LiDAR Estimación de variables de árbol con datos LiDAR Análisis descriptivo y modelos de regresión para estudiar la relación entre variables Selección de variables y modelos de regresión por su capacidad predictiva Modelos de calibración (80% de la muestra) y validación (20% de la muestra) Variables estimadas con LiDAR en árboles Ecos de copa mayores de 3 metros Ht L = Percentil 95 de altura de ecos de copa Hc L = Percentil 80 altura mínima de altura de ecos de copa Lc L = Ht L Percentil 5 de altura de ecos de copa Ac L = Área de la cobertura arbórea Vc L =Estimado desde Ac y Lc L IPL = Índice de penetración láser Dc = Densidad de copa

15 Material y métodos IPL Ac L Lc L Dc Ht L Vc L Hc L Herramientas SIG IPL = % de ecos de suelo respecto al total de ecos en el área proyectada de la copa Dc = % de ecos de copa respecto al total de ecos en el área proyectada de la copa

16 Material y métodos Inventario exhaustivo de la vegetación en dehesa Muestreo en campo y medición de variables dendrométricas en parcelas Análisis descriptivo y modelos de regresión para estudiar la relación entre variables Selección de variables y modelos de regresión por su capacidad predictiva Modelos de calibración (100% de la muestra) Variables medidas en parcelas Tamaño: 30 x 30 m Muestra: 17 parcelas Además de variables de árbol individual N = número total de árboles CAT = Cobertura arbórea total (m 2 ) Htd = Altura dominante del dosel arbóreo (m); Percentil 95 de Ht.

17 Material y métodos Inventario exhaustivo de la vegetación en dehesa Estimación de variables de parcela con datos LiDAR Análisis descriptivo y modelos de regresión para estudiar la relación entre variables Selección de variables y modelos de regresión por su capacidad predictiva Modelos de calibración Variables estimadas con LiDAR en parcelas Escala de estudio Celdas 30x30 metros CAT L = Cobertura arbórea total (m 2 ) Htd L = Altura dominante del dosel arbóreo (m) Percentil 85 de los ecos de copa

18 a) Cálculo de CAT L b) (a) Muestra de una celda de 30 x 30 metros con la ortofotografía. (b) Ortofotografía con ecos de copa coincidentes con las copas. c) d) (c) Polígonos de agregación de puntos LiDAR. (d) Patrón espacial de las copas de los árboles.

19 Resultados Rangos de variación por especies de las variables medidas en los árboles Especie Ht (m) Hc (m) Lc (m) Ac (m 2 ) Vc (m 3 ) Encina 3,2-8,6 1,5-4,5 1,1-1,6 6, ,8-135 Alcornoque 4,1-9,4 1,7-4,9 1,2-5, ,2-113 Acebuche 3,3-8,3 1,2-4,3 1,4-5,7 4,6-58 1,6-53 Ht: altura dominante; Hc: altura de copa; Lc: longitud de copa; Ac: área de copa; Vc: volumen de copa.

20 Índice de penetración láser Resultados Arquitectura de la copa y penetración láser Área de copa (m 2 )

21 Índice de penetración láser Resultados Arquitectura de la copa y penetración láser r = -0,94; p<0,001 Densidad de copa (%)

22 Altura dominante medida (Ht) Resultados Arquitectura de la copa TODAS LAS ESPECIES Ht = 1,02 + 0,80 * Ht L (R 2 :0,64) ENCINA Ht = 1,45 + 0,72 * Ht L (R 2 :0,66) ALCORNOQUE Ht = 0,62 + 0,86 * Ht L (R 2 :0,65) Altura dominante LiDAR (Ht L )

23 Resultados Modelos de calibración para estimar la arquitectura de los árboles Variable Tipo de vegetación Modelo de calibración Ecuación R 2 ETE* Altura dominante (Ht) Todas las especies Ht = 1,02 + 0,80 Ht L 0,64 0,79 Encina Ht = 1,45 + 0,72 Ht L 0,66 0,70 Alcornoque Ht = 0,62 + 0,86 Ht L 0,65 0,74 Altura de copa (Hc) Encina Hc = 2,24 + 0,30 Hc L 0,19 0,67 Alcornoque Hc = 2,63 + 0,23 Hc L 0,13 0,66 Longitud de copa (Lc) Encina Lc = 1,84 + 0,46 Lc L 0,25 0,83 Alcornoque Lc = 1,62 + 0,54 Lc L 0,39 0,76 Volumen de copa (Vc) Encina 0,72 Vc = 2,63 Vc L 0,82 11,32 Alcornoque 0,74 Vc = 2,56 Vc L 0,75 7,90 Ht: altura dominante; Hc: altura de copa; Lc: longitud de copa; Vc: volumen de copa. Unidades de ETE: Ht, Hc y Lc: m; Vc: m 3. Todos los modelos son significativos

24 Resultados Modelos de validación Variable Tipo de Validación vegetación N ETE Altura dominante (Ht) Todas las especies 30 0,78 Encina 14 0,86 Alcornoque 14 0,74 Altura de copa (Hc) Encina 14 0,58 Alcornoque 14 0,63 Longitud de copa (Lc) Encina 14 0,94 Alcornoque 14 0,68 Volumen de copa (Vc) Encina 14 10,85 Alcornoque 14 7,32 Ht: altura dominante; Hc: altura de copa; Lc: longitud de copa; Vc: volumen de copa. Unidades de ETE: Ht, Hc y Lc: m; Vc: m 3.

25 Resultados Mapa de alturas de la vegetación arbórea Altura (m) de la vegetación CALIBRACIÓN DE ALTURA DOMINANTE Htd = a + b * Htd L (R 2 : 0,54) Altura promedio: 6,6 metros Altura 6-7 metros (74%) CV = 7,2%

26 Inventario de la vegetación arbórea Variable Ecuación R 2 ajustado ETE* Cobertura arbórea total (CAT) CAT = a CAT L 0,98 51,7 Número de árboles por celda (N) b N = a CAT L 0,54 4,3 Cobertura arbórea total estimada 39,6% Número total de árboles en dehesa árboles Densidad media de árboles 96,5 árboles / ha Densidad: árboles / ha (71,3% superficie de la dehesa) CV = 49%

27 Conclusiones Con datos LiDAR de baja densidad se puede realizar aplicaciones de: Caracterización cuantitativa de la arquitectura de la copa, en especial el área y volumen en encinas y alcornoques. Estimación de la concentración de biomasa foliar y leñosa en la copa de los árboles. Elaboración de inventarios de la altura de la vegetación leñosa y la densidad de los árboles.

28 Agradecimientos Propietarios de las fincas Programa de Investigación Ecológica y Territorial Contacto martinez.prentice@gmail.com