Novo algoritmo para detecção automática e mensuração de alturas de árvores individuais em plantios florestais usando scanner a laser móvel
| dc.contributor.advisor1 | Silva, Gilson Fernandes da | |
| dc.contributor.advisor1ID | https://orcid.org/0000-0001-7853-6284 | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8643263800313625 | |
| dc.contributor.author | Silva, Valeria Alves da | |
| dc.contributor.authorID | https://orcid.org/ | |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/ | |
| dc.contributor.referee1 | Mendonça, Adriano Ribeiro de | |
| dc.contributor.referee1ID | https://orcid.org/0000-0003-3307-8579 | |
| dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9110967421921927 | |
| dc.contributor.referee2 | Almeida, André Quintão de | |
| dc.contributor.referee2ID | https://orcid.org/0000-0002-5063-1762 | |
| dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/5929672339693607 | |
| dc.contributor.referee3 | Soares, Carlos Pedro Boechat | |
| dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/0959425632265455 | |
| dc.contributor.referee4 | Cosenza, Diogo Nepomuceno | |
| dc.contributor.referee4ID | https://orcid.org/0000-0001-8495-8002 | |
| dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/0496006405127895 | |
| dc.date.accessioned | 2025-07-24T22:14:22Z | |
| dc.date.available | 2025-07-24T22:14:22Z | |
| dc.date.issued | 2025-03-31 | |
| dc.description.abstract | Measuring the total height (H) of trees in forest plantations is crucial for several reasons. Tree height is a key variable in calculating tree volume and biomass. Accurate height measurements, combined with diameter at breast height (D) data, allow for accurate estimates of individual tree volume and, by extension, total volume and biomass of the plantation. This is essential for assessing timber yield, carbon sequestration potential, and overall forest productivity. The height distribution within a plantation reflects stand density and structure. Accurate measurements of tree height are vital for the economic assessment of the plantation. Knowing volume and biomass allows for more accurate estimates of timber value and potential plantation revenue. In the context of climate change, accurate estimates of forest biomass (influenced by height) are necessary for carbon accounting and monitoring carbon sequestration efforts. In summary, accurate measurement of tree height (H) is not merely a component of forest inventory; it is an integral part of the overall forestry inventory. is a fundamental parameter that underpins many crucial aspects of forest management, from economic assessment to ecological assessments and sustainable resource planning. This work presents an algorithm for measuring the total height (H) of trees in forest plantations efficiently and accurately using Mobile Laser Scanner (MLS) data. In the first part of the paper, the algorithm focuses on detecting individual tree trunks in plantations. It employs DBSCAN and RANSAC methods for accurate detection, achieving 100% accuracy under ideal conditions and approximately 96% in challenging scenarios. The efficiency of the algorithm was evaluated on various computer configurations. In the second part of the paper, the algorithm measures the total height (H) of trees found in the plantation by its trunk identification method. The algorithm achieved significant accuracy, particularly in the challenge of accurately measuring shorter measurements obtained using a tape measure and a total station, demonstrating superior accuracy compared to the algorithms used in the experiments (TreeLS and 3DFin), especially for shorter trees. The study also analyzes the error distribution for each method, and the proposed algorithm stands out by presenting a more normal and less skewed error distribution than the other algorithms. Although slightly slower than 3DFin, its improved accuracy makes it a valuable tool for forest inventory. Areas for future improvements include processing speed and handling for processing low-density point clouds. | |
| dc.description.resumo | Medir a altura total (H) das árvores em plantios florestais é crucial, pois é uma variável essencial no cálculo do volume e da biomassa das árvores. Isso é essencial para avaliar o rendimento da madeira, o potencial de sequestro de carbono e a produtividade geral da floresta. A distribuição de altura dentro de um plantio reflete a densidade e a estrutura do povoamento. No contexto das mudanças climáticas, as estimativas acuradas da biomassa florestal (influenciadas pela altura) são necessárias para a contabilidade de carbono e monitoramento dos esforços de sequestro de carbono. Desta forma, pode-se perceber, que a medição da altura da árvore (H) não é meramente um componente do inventário florestal; é uma variável fundamental que sustenta muitos aspectos do manejo florestal, desde a avaliação econômica até avaliações ecológicas e planejamento de recursos sustentáveis. Este trabalho propõe um algoritmo para mensuração automática da altura total (H) de árvores em plantios florestais, de modo acurado e eficiente usando dados de Mobile Laser Scanner (MLS). Na primeira parte do trabalho, o algoritmo realiza a detecção de troncos de árvores individuais em plantios florestais. Emprega métodos DBSCAN e RANSAC para detecção precisa, alcançando 100% de acerto em condições ideais e aproximadamente 96% em cenários desafiadores como, presença de vegetação rasteira, galhos baixos e linhas de plantio desalinhadas. A eficiência do algoritmo foi avaliada com a comparação dos tempos de processamento em computadores com várias configurações diferentes. Na segunda parte do trabalho, o algoritmo estima a altura total (H) das árvores, encontradas no plantio pelo seu método de detecção de troncos. O algoritmo obteve uma acurácia relevante, particularmente, no desafio de medir as árvores mais baixas. O desempenho do algoritmo foi validado, comparando as estimativas das alturas encontradas com as medidas de referência obtidas das árvores abatidas e medidas com o uso de fita métrica, no caso da área de estudo 1, e com o uso de uma estação total, no caso da área de estudo 2. Para validar os resultados obtidos pelo algoritmo proposto, outros dois algoritmos foram usados para processar as nuvens de pontos do estudo, o TreeLS e o 3DFin. As estimativas das alturas totais (H) das árvores encontradas no algoritmo proposto foram mais acuradas, especialmente nas estimativas das árvores mais baixas. Embora um pouco mais lento que o 3DFin, sua acurácia aprimorada o torna uma ferramenta valiosa para inventário florestal. As áreas para melhorias futuras incluem velocidade de processamento e tratamento para processar nuvens de pontos de baixa densidade. | |
| dc.format | Text | |
| dc.identifier.uri | https://dspace5.ufes.br/handle/10/19934 | |
| dc.language | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal do Espírito Santo | |
| dc.publisher.country | BR | |
| dc.publisher.course | Doutorado em Ciências Florestais | |
| dc.publisher.department | Centro de Ciências Agrárias e Engenharias | |
| dc.publisher.initials | UFES | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais | |
| dc.rights | open access | |
| dc.subject | Nuvens de pontos | |
| dc.subject | Scanner a laser móvel (MLS) | |
| dc.subject | Detecção individual de árvores | |
| dc.subject.cnpq | Recursos Florestais e Engenharia Florestal | |
| dc.title | Novo algoritmo para detecção automática e mensuração de alturas de árvores individuais em plantios florestais usando scanner a laser móvel | |
| dc.type | doctoralThesis |
