Modelling 3D Forest Structure for Improved Retrieval of Forest Biophysical Properties

Abstract

Hlavním cílem práce bylo zlepšení kvantitativních odhadů vegetačních parametrů smrkových porostů pomocí spektrálních simulací trojrozměrného modelu přenosu záření. Prvně bylo potřeba vytvořit přesný 3D model smrku. Implementace přesného 3D modelu smrku pro parametrizaci celých lesních porostů je v současné době výpočetně nemožné, bylo tedy nutné tento 3D model smrku zjednodušit. Přesný 3D model smrku společně s dostupnými leteckými daty sloužil pro nalezení optimálního zjednodušení. Optimální model vedl ke kompromisu mezi výpočetní náročností a přesností výsledné odrazivosti z modelu přenosu záření. Následně byl optimální model smrku využit pro odhady vegetačních parametrů ze satelitních snímků. Přesnost odhadů byla ověřena oproti pozemním měřením odhadovaných parametrů. Na závěr byly porovnány výsledky z odhadů vegetačních parametrů pomocí optimálního 3D modelu smrku s výsledky z tradičního přístupu pomocí modelů stromu s geometricky jednodušími tvary korun.The main goal of the thesis was to improve quantitative estimation of vegetation parameters of spruce stand using spectral simulations of three-dimensional radiative transfer model. In the first step, the precise computer 3D model of a spruce tree was created. Since implementation of such precise representation was computationally too demanding for a larger forest canopy, the 3D model had to be simplified. The optimal simplification was found using available spectral airborne data and through comparison with the original 3D spruce model. The optimal simplification yielded an acceptable compromise between computation requirements and accuracy of radiative transfer simulations reproducing the forest stand reflectance. The optimized simplification was subsequently used in retrievals estimating the vegetation parameters from a spectral satellite image. Accuracy of the estimates was validated through comparison with field measurements of retrieved parameters.