Análise de métodos de filtragem em dados laser scanner terrestre aplicados à modelagem tridimensional do tronco de Pinus spp.

Abstract

O emprego do equipamento laser scanner terrestre em aplicações florestais, apresenta-se na vanguarda de pesquisas envolvendo tecnologia para reconstrução do ambiente florestal. O modelo do tronco pode ser alcançado utilizando técnicas de modelagem tridimensional, desde que realizado o tratamento prévio da nuvem de pontos para eliminar galhos, folhas e outros objetos que se encontravam no campo de visada do equipamento e que não representem a superfície à ser modelada. Este trabalho teve como objetivo realizar a filtragem na nuvem de pontos laser scanner terrestre para prover dados à modelagem tridimensional do tronco de Pinus spp. Para o estudo foram coletados dados, por meio da varredura múltipla laser e da mensuração florestal, em 12 árvores das espécies de Pinus taeda e Pinus elliottii de um povoamento originado de dispersão natural e com ausência de tratos silviculturais. Inicialmente o processamento de dados laser foi feito de modo semiautomático, o qual recebeu o nome de Filtro Manual (FMa). Posteriormente, foram desenvolvidos e implementados, via programação computacional, quatro métodos automáticos para o isolamento do tronco: Filtro Seções Transversais (FSt), Filtro Seções Transversais Modificado (FMo), Filtro Distância Máxima (FDm) e Filtro Pontos Indexados (FPi). As nuvens de pontos produzidas pelos diferentes métodos de filtragem propostos foram submetidas à modelagem tridimensional e extraído, para cada árvore, o volume de toras em seções de um metro de comprimento. Os volumes obtidos foram confrontados com dados de cubagem rigorosa pelo método de Huber, e a validação dos métodos de filtragem foi realizada utilizando como parâmetro o volume verdadeiro (xilômetro). Os resultados foram analisados por meio de uma abordagem quali-quantitativa e inferência estatística. Problemas na filtragem podem ser apontados devido a presença de árvores adjacentes e a ação do vento. A média percentual de pontos selecionados na varredura múltipla é cerca de 30% para o método semi-automático e menos de 10% para os métodos automáticos. O isolamento do tronco foi eficiente até aproximadamente 60% da altura total das árvores. Os volumes obtidos na modelagem tridimensional não apresentaram diferença estatística significativa quando comparados ao valor paramétrico (teste de Tukey = 0,05) indicando que não existem diferenças estatísticas entre os métodos de filtragem testados. Os filtros desenvolvidos neste trabalho podem ser aplicados com êxito em dados laser terrestre de varredura múltipla para o gênero Pinus spp, sendo o Filtro Distância Máxima o mais indicado para realizar a filtragem do tronco.

The use of terrestrial laser scanner equipment in forestry applications, presents itself at the forefront of research involving technology for reconstruction of the forest environment. The model of the trunk can be achieved using three-dimensional modeling techniques, if performed prior treatment of the point cloud to remove branches, leaves and other objects that were in the field of view of the equipment and do not represent the surface to be modeled. This study aimed to perform the filtering in the cloud of points for terrestrial laser scanner data to provide threedimensional modeling of the stem of Pinus spp. For the study, data were collected through the multiple laser scanning and forestry measurement in 12 species of Pinus taeda and Pinus elliottii a settlement originated from natural dispersal and lack of silvicultural treatments. Initially, the laser data processing was done in a semiautomatic, which was named Manual Filter (FMa). Were subsequently developed and implemented via computer program, four automated methods for the isolation of the trunk: Cross Section Filter (FSt), Modified Cross Section Filter (FMo), Maximum Distance Filter (FDm) and Indexed Points Filter (FPi). The point clouds produced by different filtering methods proposed were submitted to three-dimensional modeling and extracted for each tree, the volume of logs into sections of one meter in length. The volumes obtained were compared to data from the cubed method of Huber and validation of the filtering was performed using the volume parameter as true (xylometer). The results were analyzed using a qualitative-quantitative approach and statistical inference. Filtering problems can be highlighted due to the presence of nearby trees and the wind. The average percentage of selected points in the scan multiple is about 30% for semi-automated method and less than 10% for the automated methods. The isolation of the trunk was effective up to about 60% of the total height of the trees. The volumes obtained in the three-dimensional modeling showed no statistically significant difference when compared to the parametric value (Tukey = 0.05) indicating that there are no statistical differences between the filtering methods tested. The filters developed in this work can be applied successfully in terrestrial laser scanning data for multiple Pinus spp, being the Maximum Distance Filter the most suitable to perform the filtering of the trunk.