شماره ركورد
24035
شماره راهنما
MAP2 117
عنوان
استخراج درخت منفرد از داده¬هاي ليدار به منظور تخمين زيست¬توده در نواحي شهري با استفاده از الگوريتم¬هاي يادگيري عميق/ ماشيني
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي نقشه برداري- فتوگرامتري
دانشكده
مهندسي عمران و حمل و نقل
تاريخ دفاع
1403/07/02
صفحه شمار
76 ص.
استاد راهنما
حسين باقري
كليدواژه فارسي
پوشش گياهي شهري , زيست توده , مدل ارتفاع درختي , ابر نقطهLiDAR , يادگيري ماشين , يادگيري عميق , شبكه PointCNN
چكيده فارسي
پوشش گياهي شهري خدمات اوليه اكو¬¬سيستم را به صورت مستقيم و غير¬مستقيم ارائه مي¬دهد، اقليم شهري را از طريق سايهاندازي و سرمايش تنظيم كرده، آلودگي هوا و آلودگي صوتي را كاهش مي¬دهد. درختان خدمات اكو-سيستمي مهمي را به جامعه ارائه مي¬دهند و براي رفاه انسان و حيات وحش در سكونتگاههاي انساني حياتي هستند. به ويژه تاج درخت كه نمايانگر سطح مشتركي است كه در آن بيشترين فعل و انفعالات اساسي بين پوشش گياهي و جو انجام مي¬شود ؛ در نتيجه بايد توجه ويژه¬اي به پوشش گياهي شهري كه جزء ضروري كيفيت مناسب زندگي است، معطوف شود.
ارزيابي شرايط توده جنگلي در مناطق شهري و حومه شهري براي حمايت از برنامه¬ريزي و مديريت خدمات اكوسيستم ضروري است، زيرا بيشتر خدمات اكوسيستمي ارائه شده نتيجه ويژگي¬هاي توده جنگلي است. با اين حال، جمعآوري دادهها براي ارزيابي شرايط تودههاي جنگلي كاري زمانبر و فشرده است. يك رويكرد قابل قبول براي پرداختن به اين موضوع، ايجاد رابطه بين اندازهگيري ويژگيهاي درختان و دادههاي ليزري هوابرد است. در اين مطالعه، حجم توده و زيست توده بالاي زمين را در پوشش گياهي مناطق شهري با استفاده از از معيارهاي مشتق شده از LiDAR، ارزيابي كرده¬ايم.
يكي از منابع مهم در تخمين زيست¬توده استفاده از داده¬هاي LiDAR است كه امكان تخمين را براي هر تك درخت به¬صورت منفرد فراهم مي¬سازد. به طور كلي، دادههاي LiDAR ميتواند تخمينهاي دقيقي از زيست¬توده ارائه دهد. ويژگي¬هاي مختلف، مرتبط با پوشش تاج درختان قابل استخراج از داده¬هاي LiDAR به دليل اندازه¬گيري سه بعدي، در تخمين زيست¬توده درختان به¬كار برده مي¬شود. با اين حال استخراج درخت و تخمين زيست¬توده در مناطق شهري به دليل پيچيدگي صحنه و وجود عوارض مصنوعي مختلف نظير ساختمان¬ها، داراي چالش¬هاي متعددي است. هدف اصلي اين مقاله ارائه يك چهارچوب بر مبناي يادگيري ماشين جهت استخراج پوشش تاج درخت در مناطق شهري و متعاقباً تخمين زيست¬توده است. در چهاچوب پيشنهادي، ابتدا از شبكه PointCNN به همراه تكنيك¬هاي بينايي كامپيوتر به¬منظور استخراج پوشش تاج هر درخت استفاده گرديد؛ سپس ويژگي¬هاي مرتبط با هندسه تاج استخراج و با استفاده از تكنيك¬هاي مختلف يادگيري ماشين شامل جنگل تصادفي (RF)، رگرسيون بردار پشتيبان (SVR)، LightGBM و XGBoost زيست¬توده هر درخت محاسبه گرديد. نتايج به دست آمده نشان داد چهارچوب داده شده به-خوبي قادر به تشخيص تاج درخت است. همچنين از ميان مدل¬هاي مختلف يادگيري ماشين، مدل جنگل تصادفي، با 77/0= R2 و Kg 14/464= RMSE با بهترين تخمين، زيست¬توده درختان را به¬دست آورد. در پايان، با استفاده از مدل توسعه داده شده، زيست¬توده تمام درختان در ناحيه شهري مورد مطالعه محاسبه گرديد و نقشه زيست¬توده ¬¬¬شهري در واحد هكتار به¬دست آمد. ارزيابي¬هاي كيفي نشان داد كه نقشه توليد شده مطابقت بالايي با وضعيت پوشش گياهي در منطقه مورد مطالعه دارد كه بيانگر موفقيت چهارچوب پيشنهادي در استخراج تاج درختان و تخمين زيست-توده شهري از داده¬هاي LiDAR است.
كليدواژه لاتين
Urban Vegetation , Biomass , Tree Height Model , LiDAR Point Cloud , Machine Learning , Deep Learning , PointCNN Network
عنوان لاتين
Individual tree extraction from LiDAR data for biomass estimation in urban areas by machine/deep learning algorithms
گروه آموزشي
مهندسي نقشه برداري
چكيده لاتين
Urban vegetation provides essential ecosystem services both directly and indirectly. It regulates the urban climate through shading and cooling, reduces air pollution and noise pollution. Trees offer important ecosystem services to society and are vital for human well-being and wildlife in human settlements. The tree canopy, in particular, represents the interface where most of the fundamental interactions between vegetation and the atmosphere occur. Therefore, special attention must be given to urban vegetation, which is an essential component of good quality of life.
Assessing forest conditions in urban and suburban areas is essential to support ecosystem service planning and management, as most ecosystem services provided are the result of forest characteristics. However, data collection for assessing forest conditions is time-consuming and labor-intensive. A viable approach to address this issue is to establish relationships between tree feature measurements and airborne laser (LiDAR) data. In this study, we evaluated the volume and above-ground biomass of vegetation in urban areas using metrics derived from LiDAR data.
One of the important sources for estimating biomass is LiDAR data, which allows for estimation on an individual tree basis. In general, LiDAR data can provide accurate estimates of biomass. Various features related to tree canopy, which can be extracted from LiDAR data due to its three-dimensional measurements, are used to estimate tree biomass. However, extracting trees and estimating biomass in urban areas poses multiple challenges due to the complexity of the scene and the presence of various artificial structures such as buildings. The main objective of this paper is to propose a machine learning-based framework for extracting tree canopy in urban areas and subsequently estimating biomass. In the proposed framework, the PointCNN network along with computer vision techniques was used to extract the canopy of each tree. Then, canopy geometry-related features were extracted, and tree biomass was calculated using various machine learning techniques, including Random Forest (RF), Support Vector Regression (SVR), LightGBM, and XGBoost. The results showed that the proposed framework was highly capable of detecting tree canopies. Among the different machine learning models, the Random Forest model, with R² = 0.77 and RMSE = 464.14 kg, provided the best estimate of tree biomass. Finally, using the developed model, the biomass of all trees in the studied urban area was calculated, and a map of urban biomass per hectare was produced. Qualitative assessments showed that the generated map had a high level of agreement with the vegetation cover status in the study area, indicating the success of the proposed framework in extracting tree canopies and estimating urban biomass from LiDAR data.
تعداد فصل ها
6
فهرست مطالب pdf
77382
نويسنده