Forest monitoring using the GEDI sensor

Abstract

The overall objective of this thesis was to explore the use of GEDI and its integration with Airborne Laser Scanning (ALS) for large scale forest monitoring. The study was carried out using a sample of GEDI footprints that fell into the timeline of three available ALS datasets that were acquired during the same year. The study area, located in Southeast of Czechia, is covered with mature 121-year-old forest monoculture of Norway spruce (Picea abies), and due to frequent disturbances caused by infestation is closely monitored as a part of research on forest dynamic. As a result, the forest is highly fragmented, and due to its dynamic character, close dates of acquisitions were preferred to a larger dataset. Canopy gaps and low tree densities are known to pose a challenge for large-footprint full-waveform LiDARs. The specific of GEDI sensor, such as its footprint size, were specially designed to overcome these challenges. The options of optimising GEDI's geolocation accuracy were explored. A tool for integrating GEDI and ALS data, the GEDI Simulator, was used to standardise both data sources and derive elevation height, Relative Height (RH) and Canopy Cover Fraction (CCF). The metrics were derived from real GEDI waveforms, simulated GEDI-like waveforms, and calculated from the ALS point cloud, and...

Hlavním zaměřením této práce je využití GEDI a jeho integrace s daty leteckého laserového skenování (Airborne Laser Scanning - ALS) pro monitorování lesa ve velkém měřítku. Studie byla provedena na vzorku GEDI dat, které spadaly do časové osy tří dostupných souborů dat ALS nasnímaných během téhož roku. Oblast zájmu, ležící na jihovýchodě Česka, je charakteristická 121 let starou smrkovou monokulturou (Picea abies) a vzhledem k častým narušením lesní dynamiky (napadení stromů) je oblast bedlivě sledována. V důsledku častých změn je les vysoce fragmentovaný, a zejména proto bylo s ohledem na jeho dynamiku upřednostněno užší časové rozmezí nasnímaných dat před jejich kvantitou a plošným rozsahem. Je známo, že nízká hustota stromů a velké mezery mezi nimy představují výzvu pro velkostopé full-waveform LiDAR senzory. Specifika GEDI senzoru, jako napříkad velikost stopy snímání, byla speciálně navržena pro překonání těchto problémů. V této práci byly nejprve zkoumány možnosti optimalizace geolokační přesnosti GEDI. Následně byl pro integraci dat GEDI a ALS využit dedikovaný nástroj GEDI Simulator, který byl použit ke standardizaci obou zdrojů a odvození metrik nadmořské výšky, relativní výšky (RH) a vegetačního pokryvu (CCF). Metriky byly odvozeny z dat GEDI, simulovaných GEDI signálů a manuálně...