Inventario forestal asistido por LIDAR: efecto de la densidad de retornos y el diseño de muestreo sobre la precisión

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.21829/myb.2022.2822330

Palabras clave:

área basal, biomasa, random forests, RapidEye, volumen maderable, GAM

Resumen

El uso combinado de datos de campo y sensores remotos para la realización de inventarios forestales es un tema de interés actual. Uno de los retos importantes para su aplicación práctica consiste en optimizar/minimizar el volumen de datos a utilizar para lograr estimaciones aceptables. En este estudio se analizó el efecto del diseño de muestreo y la densidad de retornos LIDAR sobre la precisión del área basal (AB), el volumen maderable (V) y la biomasa (B), además de estimadores de muestreo asistidos por modelos aditivos generalizados (GAM) y el algoritmo random forest (RF) para un bosque bajo manejo ubicado Zacualtipán, Hidalgo. Se dispuso de 96 sitios de muestreo en campo (400 m2), tres diseños de muestreo LIDAR y 10 densidades de retornos. Se analizaron los estimadores en dos fases y dos etapas para estimar el inventario total. Los modelos GAM demostraron ser eficientes en la estimación (0.76 a 0.92 de R2) de las variables forestales a escala de transecto LIDAR. El algoritmo RF mostró bondades de ajuste aceptables (0.71 a 0.79 de R2) para estimar las variables a escala de área de estudio. Los estimadores asistidos por regresión presentaron una buena precisión teniendo un error menor a 6% en el inventario de las variables evaluadas. Se demostró que las muestras por transectos de datos LIDAR son una alternativa viable para la estimación de variables de interés forestal en predios bajo manejo.

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Biografía del autor/a

José René Valdez-Lazalde,

Colegio de Postgraduados

Campus Montecillo

Posgrado en Ciencias Forestales

Gregorio Ángeles-Pérez,

Colegio de Postgraduados

Campus Montecillo

Posgrado en Ciencias Forestales

Héctor Manuel De los Santos-Posadas,

Colegio de Postgraduados

Campus Montecillo

Posgrado en Ciencias Forestales

Juan Manuel Romero Padilla,

Colegio de Postgraduados

 Campus Montecillo

Posgrado en Estadística

Citas

Almeida, D. R., Stark, S. C., Shao, G., Schietti, J., Nelson, B. W., Silva, C. A., Gorgens, E. B., Valbuena, R., Papa, D. A., & Santin, P. H. B. (2019). Optimizing the remote detection of tropical rainforest structure with airborne lidar: Leaf area profile sensitivity to pulse density and spatial sampling. Remote Sensing, 11(1), 92. https://doi.org/10.3390/rs11010092 DOI: https://doi.org/10.3390/rs11010092

Chen, G., & Hay, G. (2011). A Support Vector Regression Approach to Estimate Forest Biophysical Parameters at the Object Level Using Airborne Lidar Transects and QuickBird Data. American Society for Photogrammetry and Remote Sensing, 77(7), 733–741. https://doi.org/10.14358/PERS.77.7.733 DOI: https://doi.org/10.14358/PERS.77.7.733

Chen, G., Hay, G., & St-Onge, B. (2012). A GEOBIA framework to estimate forest parameters from lidar transects, Quickbird imagery and machine learning: A case study in Quebec, Canada. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 15(1), 28–37. https://doi.org/10.1016/j.jag.2011.05.010 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jag.2011.05.010

Comisión Nacional Forestal [Conafor]. (2011). Manual y procedimientos para el muestreo de campo. Zapopan, Jalisco, México. Recuperado el 31 de 03 de 2020, de https://www.climateactionreserve.org/wp-content/uploads/2011/03/Sampling_Manual-_Remuestreo-_Conafor_INFyS.pdf

Crespo-Peremarch, P., Ruiz, L., Balaguer-Beser, Á., & Estornell, J. (2018). Analyzing the role of pulse density and voxelization parameters on fullwaveform LiDAR-derived metrics. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 146(1), 453–464. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2018.10.012 DOI: https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2018.10.012

Cruz-Martinez, Z. (2007). Sistema de Ecuaciones para estimación y partición de biomasa aérea en Atopixco, Zacualtipán, Hidalgo, México. Tesis de Maestría. Chapingo, Texcoco, Mexico.

Fassnacht, F., Hartig, F., Latifi, h., Berger, C., Hernández, J., Corvalán, P., & Koch, B. (2014). Importance of sample size, data type and prediction method for remote sensing-based estimations of aboveground forest biomass. Remote Sensing of Environment, 154(1)102-114. https://doi.org/10.1016/j.rse.2014.07.028 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rse.2014.07.028

George-Chacon, S., Dupuy, J. M., Peduzzi, A., & Hernandez-Stefanoni, J. (2019). Combining high resolution satellite imagery and lidar data to model woody species diversity of tropical dry forests. Ecological Indicators, 101(1), 975-984. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2019.02.015 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2019.02.015

Grafström, A., & Ringvall, H. (2013). Improving forest field inventories by using remote sensing data in novel sampling designs. Canadian Journal of Forest Research, 43(11), 1015-1022. https://doi.org/10.1139/cjfr-2013-0123 DOI: https://doi.org/10.1139/cjfr-2013-0123

Gregoire, T. G., Ståhl, G., Næsset, E., Gobakken, T., Nelson, R., & Holm, S. (2011). Model-assisted estimation of biomass in a LiDAR sample survey in Hedmark County, Norway. Canadian Journal of Forest Research, 41(1), 83–95. https://doi.org/10.1139/X10-195 DOI: https://doi.org/10.1139/X10-195

Hansen Hofstad, E., Gobakken, T., & Næsset, E. (2015). Effects of Pulse Density on Digital Terrain Models and Canopy Metrics Using Airborne Laser Scanning in a Tropical Rainforest. Remote Sensing, 7(7), 8453-8468. https://doi.org/10.3390/rs70708453 DOI: https://doi.org/10.3390/rs70708453

Helmer, E. H., & Ruefenacht, B. (2005). Cloud-free satellite image mosaics with regression trees and histogram matching. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 71(9), 1079-1089. https://doi.org/10.14358/PERS.71.9.1079 DOI: https://doi.org/10.14358/PERS.71.9.1079

Hernández-Stefanoni, J., Dupuy, J. M., Johnson, K. D., Birdsey, R., Tun-Dzul, F., Peduzzi, A., Caamal-Sosa, J. P., Sánchez-Santos, G., & López-Merlín, D. (2014). Improving Species Diversity and Biomass Estimates of Tropical Dry Forests Using Airborne LiDAR. Remote Sensing, 6(6), 4741-4763. https://doi.org/10.3390/rs6064741 DOI: https://doi.org/10.3390/rs6064741

Hong, G., & Zhang, Y. (2008). A comparative study on radiometric normalization using high resolution satellite images. International Journal of Remote Sensing, 29(2), 425-438. https://doi.org/10.1080/01431160601086019 DOI: https://doi.org/10.1080/01431160601086019

Instituto Nacional de Estadística y Geografía [Inegi]. (2017). Anuario estadístico y geográfico de Hidalgo 2017. Instituto Nacional de Estadística: Inegi, México. Recuperado el 31 de 03 de 2020, de https://www.datatur.sectur.gob.mx/ITxEF_Docs/HGO_ANUARIO_PDF.pdf

Roussel, J.-R., Auty, D., Coops, N. C., Tompalski, P., Goodbody, T. R. H., Sánchez Meador, A., Bourdon, J.-F., Boissieu, F., & Achim, A. (2020). lidR: An R package for analysis of Airborne Laser Scanning (ALS) data. Remote Sensing of Environment, 251(1), 112061. https://doi.org/10.1016/j.rse.2020.112061 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rse.2020.112061

Kim, H.-O., & Yeom, J.-M. (2015). Sensitivity of vegetation indices to spatial degradation of RapidEye imagery for paddy rice detection: a case study of South Korea. GIScience & Remote Sensing, 52(1), 1-17. https://doi.org/10.1080/15481603.2014.1001666 DOI: https://doi.org/10.1080/15481603.2014.1001666

Kangas, A., Myllymäki, M., Gobakken, T., & Næsset, E. (2016). Model-assisted forest inventory with parametric, semiparametric, and nonparametric models. Canadian Journal of Forest Research, 46(6), 855-868. https://doi.org/10.1139/cjfr-2015-0504 DOI: https://doi.org/10.1139/cjfr-2015-0504

Leutner, B., Horning, N., Schwalb-Willmann, J., & Hijmans, R. (2019). Package ‘RStoolbox’. Tools for Remote Sensing Data Analysis. R Foundation for Statistical Computing, Version 0.1.

Lu, D., & Batistella, M. (2005). Exploring TM Image Texture and its Relationships with Biomass Estimation in Rondônia, Brazilian Amazon. Acta Amazonica, 35(2), 249-257. DOI: https://doi.org/10.1590/S0044-59672005000200015

Mahoney, C., Hall, J.R., Hopkinson, C., Filiatrault, M., Beaudoin, A., & Chen, Q. (2018). A Forest Attribute Mapping Framework: A Pilot Study in a Northern Boreal Forest, Northwest Territories, Canada. Remote Sensing, 10(1338), 1-30. https://doi.org/0.3390/rs10091338 DOI: https://doi.org/10.3390/rs10091338

Mandallaz, D. (2008). Sampling techniques for forest inventories. Chapman & Hall/CRC. DOI: https://doi.org/10.1201/9781584889779

Mandallaz, D., Breschan, J. l., & Hil, A. (2013). New regression estimators in forest inventories with two-phase sampling and partially exhaustive information: a design-based Monte Carlo approach with applications to small-area estimation. Canadian Journal Forest Research, 43(11), 1023–1031. https://doi.org/10.1139/cjfr-2013-0181 DOI: https://doi.org/10.1139/cjfr-2013-0181

Marchi, N., Pirotti, F., & Lingua, E. (2018). Airborne and Terrestrial Laser Scanning Data for the Assessment of Standing and Lying Deadwood: Current Situation and New Perspectives. Remote Sensing, 10(1356), 1-21. https://doi.org/10.3390/rs10091356 DOI: https://doi.org/10.3390/rs10091356

Massey, A. F. (2015). Multiphase estimation procedures for forest inventories under the design-based Monte Carlo approach. Tesis Doctoral. ETH-Zürich.

Matasci, G., Hermosilla, T., Wulder, M. A., White, J. C., Coops, N. C., Hobart, G. W., & Zald, H. S. (2018). Large-area mapping of Canadian boreal forest cover, height, biomass and other structural attributes using Landsat composites and lidar plots. Remote Sensing of Environment, 209(1), 90-106. https://doi.org/10.1016/j.rse.2017.12.020 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rse.2017.12.020

McGaughey, R. J. (11 de 06 de 2018). FUSION / LDV: Software para análisis y visualización de datos LIDAR 3.80. Obtenido de http://forsys.cfr.washington.edu/fusion/fusion_overview.html

McRoberts, R., Magnussen, S., Tomppo, E., & Chirici, G. (2011). Parametric, bootstrap, and jackknife variance estimators for the k-Nearest Neighbors technique with illustrations using forest inventory and satellite image data. Remote Sensing of Environment, 115(12), 3165–3174. https://doi.org/10.1016/j.rse.2011.07.002 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rse.2011.07.002

Næsset, E., Gobakken, T., Bollandsås, O., Gregoire, T., Nelson, R., & Ståhl, G. (2013). Comparison of precision of biomass estimates in regional field sample surveys and airborne LiDAR-assisted surveys in Hedmark County, Norway. Remote Sensing of Environment ,130(1), 108-120. https://doi.org/10.1016/j.rse.2012.11.010 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rse.2012.11.010

Nelson, R., Margolis, H., Montesano, P., Sun, G., Cook, B., Corp, L., Andersen, H.-E., Jong, B. de, Paz Pellat, F., Fickel, T. Kauffman, J., & Prisley, S. (2017). Lidar-based estimates of aboveground biomass in the continental US and Mexico using ground, airborne, and satellite observations. Remote Sensing of Environment, 188(1), 127–140. https://doi.org/10.1016/j.rse.2016.10.038 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rse.2016.10.038

Ochoa-Franco, A., Valdez-Lazalde, J. R., Ángeles-Pérez, G., de los Santos-Posadas, H. M., Hernández-Stefanoni, J., Valdez-Hernández, J. I., & Pérez-Rodríguez, P. (2019). Beta-Diversity Modeling and Mapping with LiDAR and Multispectral Sensors in a Semi-Evergreen Tropical Forest. Forests, 10(5), 419. https://doi.org/10.3390/f10050419 DOI: https://doi.org/10.3390/f10050419

Ortiz-Reyes, A. D., Valdez-Lazalde, J. R., Ángeles-Pérez, G., Santos-Posadas, H. M. de los, Schneider, L., Aguirre-Salado, C. A., & Peduzzi, A. (2019). Transectos de datos LiDAR: una estrategia de muestreo para estimar biomasa aérea en áreas forestales. Madera y Bosques, 25(3), 1-18. https://doi.org/10.21829/myb.2019.2531872 DOI: https://doi.org/10.21829/myb.2019.2531872

Ortiz-Reyes, A. D., Valdez-Lazalde, J. R., De los Santos-Posadas, H. M., Ángeles-Pérez, G., Paz-Pellat, F., & Martínez-Trinidad, T. (2015). Inventario y cartografía de variables del bosque con datos derivados de LiDAR: comparación de métodos. Madera y Bosques, 21(3), 111-128. https://doi.org/10.21829/myb.2015.213461 DOI: https://doi.org/10.21829/myb.2015.213461

Planet Labs Inc. (2016). RapidEye Satellite imagery product specifications. Satellite imagery product specifications: Version 6.1.

Saarela, S., Schnell, S., Grafström, A., Tuominen, S., Nordkvist, K., Hyyppä, J., Kangas, A., &. Ståhl, G. (2015). Effects of sample size and model form on the accuracy of model-based estimators of growing stock volume. Canadian Journal of Forest Research, 45(11), 1524-1534. https://doi.org/10.1139/cjfr-2015-0077 DOI: https://doi.org/10.1139/cjfr-2015-0077

Silva, C. A., Hudak, A. T., Vierling, L. A., Klauberg, C., Garcia, M., Ferraz, A., Keller, M., Ektel, J., & Saatchi, S. (2017). Impacts of Airborne Lidar Pulse Density on Estimating Biomass Stocks and Changes in a Selectively Logged Tropical Forest. Remote Sensing, 9(1068), 1-19. https://doi.org/10.3390/rs9101068 DOI: https://doi.org/10.3390/rs9101068

Singh, K., Chen, G., McCarter, J., & Meentemeyer, R. (2015). Effects of LiDAR point density and landscape context on estimates of urban forest biomass. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 101(1), 310–322. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2014.12.021 DOI: https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2014.12.021

Soriano-Luna, M. Á. (2014). Estimacion de biomasa y carbono en bosques manejados de Zacualtipán, Hidalgo. Tesis de Maestría. Colegio de Postgraduados, Montecillo, Texcoco, México.

Soriano-Luna, M. d., Ángeles-Pérez, G., Guevara, M., Birdsey, R., Pan, Y., Vaquera-Huerta, H., Valdez-Lazalde, J. R., Johnson, K. D., & Vargas, R. (2018). Determinants of Above-Ground Biomass and Its Spatial Variability in a Temperate Forest Managed for Timber Production. Forest, 9(490), 1-20. https://doi.org/10.3390/f9080490 DOI: https://doi.org/10.3390/f9080490

Strîmbu, V. F., Ene, L. T., Gobakken, T., Gregoire, T., Astrup, R., & Næsset, E. (2017). Post-stratified change estimation for large-area forest biomass using repeated ALS strip sampling. Canadian Journal of Forest Research, 47(6), 839–847. https://doi.org/10.1139/cjfr-2017-0031 DOI: https://doi.org/10.1139/cjfr-2017-0031

Team R Core. (2019). R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria. https://www.R-project.org/

Torres-Vivar, J. E., Valdez-Lazalde, J. R., Ángeles-Pérez, G., de los Santos-Posadas, H. M., & Aguirre-Salado, C. A. (2017). Inventario y mapeo de un bosque bajo manejo de pino con datos del sensor SPOT 6. Revista Mexicana de Ciencias Forestales, 8(39), 25-43. DOI: https://doi.org/10.29298/rmcf.v8i39.41

Treitz, P., Lim, K., Woods, M., Pitt, D., Nesbitt, D., & Etheridge, D. (2012). LiDAR Sampling Density for Forest Resource Inventories in Ontario, Canada. Remote Sensing, 4(4), 830-848. https://doi.org/10.3390/rs4040830 DOI: https://doi.org/10.3390/rs4040830

Urbazaev, M., Thiel, C., Cremer, F., Dubayah, R., Migliavacca, M., Reichstein, M., & Schmullius, C. (2018). Estimation of forest aboveground biomass and uncertainties by integration of field measurements, airborne LiDAR, and SAR and optical satellite data in Mexico. Carbon Balance and Management, 13(5), 1-20. https://doi.org/10.1186/s13021-018-0093-5 DOI: https://doi.org/10.1186/s13021-018-0093-5

Ver, N., Finley, A., Kershaw, J., & Weiskittel, A. (2018). Hierarchical Bayesian models for small area estimation of forest variables using LiDAR. Remote Sensing of Environment, 204, 287-295. https://doi.org/10.1016/j.rse.2017.10.024 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rse.2017.10.024

Wulder, M. A., White, J. C., Nelson, R. F., Næsset, E., Ørka, H. O., Coops, N., Hilker, T. Bater, C. W., & Gobakken, T. (2012). Lidar sampling for large-area forest characterization: A review. Remote Sensing of Environment, 121, 196–209. https://doi.org/10.1016/j.rse.2012.02.001 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rse.2012.02.001

Zhu, Y., Zhongke, F., Lu, J., & Jincheng, L. (2020). Estimation of Forest Biomass in Beijing (China) Using Multisource Remote Sensing and Forest Inventory Data. Forests, 11(2), 163. https://doi.org/10.3390/f11020163 DOI: https://doi.org/10.3390/f11020163

Zvoleff, A. (2020). Calculate Textures from Grey-Level Co-Occurrence Matrices (GLCMs). Obtenido de http://www.azvoleff.com/glcm.

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Publicado

2022-12-15

Cómo citar

Galeote-Leyva, B., Valdez-Lazalde, J. R., Ángeles-Pérez, G., De los Santos-Posadas, H. M., & Romero Padilla, J. M. (2022). Inventario forestal asistido por LIDAR: efecto de la densidad de retornos y el diseño de muestreo sobre la precisión. Madera Y Bosques, 28(2). https://doi.org/10.21829/myb.2022.2822330
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