estimation of gap fraction and clumping index with terrestrial and airborne laser scanner data

116 Pages·2014·6.57 MB·Spanish

by  Dante Corti

DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA, GEOGRAFÍA Y MEDIO AMBIENTE

ESTIMATION OF GAP FRACTION AND CLUMPING
INDEX WITH TERRESTRIAL AND AIRBORNE LASER
SCANNER DATA

Tesis Doctoral presentada por:
JOHN GAJARDO VALENZUELA

Bajo la dirección de:
Dr. David Riaño Arribas
Dr. Mariano García Alonso
Dr. Javier Salas Rey

Madrid, España
Marzo de 2014

"hay que olvidar a los viejos,
renegar de los enfermos,
odiar al diferente,
expulsar al extranjero,
barrer a los mendigos,
eliminar a los parados,
aborrecer al débil...obedecer al dinero".

Evaristo Páramos

John Gajardo V. is grateful to BECAS CHILE from the Chilean Government for funding
this work.

Agradecimientos

En primer lugar quiero dar los agradecimientos a mis directores. Su apoyo y
aporte en los ámbitos profesionales y personales ha sido esencial para la finalización
de esta empresa. Gracias infinitas por vuestra paciencia y por mantener viva en mí la
ilusión de la ciencia. David, no encuentro palabras conocidas para agradecer por todos
tus esfuerzos y momentos dedicados. Gracias a Pilar Martin y a su equipo de
investigación en el CSIC por acogerme y darme la oportunidad de aprender y participar
de sus investigaciones. Son un grupo humano y profesional increíble. A la gente del
CSTARS, especialmente a Susan Ustin por brindarme la ocasión de ser partícipe de sus
actividades y ampararme en mi estancia. A la Facultad de Ciencias Forestales de la
Universidad de Talca por la oportunidad de perfeccionamiento otorgada.
En segundo lugar a todas las personas que he conocido y han compartido
conmigo en estos años de aprendizaje, especialmente a los ciudadanos permanentes e
itinerantes del sótano y torreón de la UAH.
Agradezco también a mis compañeros de pisos por su compañía, comprensión
y apoyo, RL10 y MOFO, ustedes siempre me hicieron sentir en familia. Gracias también
a ‘my editor for life’ Marilú Carter, tu ayuda y compañía al otro lado del río grande fue
muy importante.
Al final de este orden, pero siempre en primer lugar de mi corazón, gracias a mi
familia. Madre, Hermana y especialmente a mi Padre por haber tenido confianza en
mí. Gracias por todo lo que ustedes me han brindado.

CONTENTS

RESUMEN .......................................................................................................................... 1
ABSTRACT ......................................................................................................................... 3
STRUCTURE OF THE PHD DISSERTATION .......................................................................... 5
1 INTRODUCTION ........................................................................................................ 6
1.1 Characterization of the vegetation canopy structure ....................................... 6
1.2 Measurement of vegetation canopy structural variables ................................. 8
1.3 Estimation of vegetation canopy structure using Terrestrial (TLS) and Airborne
(ALS) Laser Scanners ................................................................................................... 14
1.4 Hypothesis and objectives ............................................................................... 18
1.4.1 Hypothesis ................................................................................................ 18
1.4.2 Objectives ................................................................................................. 18
2 METHODS ............................................................................................................... 20
2.1 Description of the study sites .......................................................................... 20
2.1.1 Majadas del Tiétar .................................................................................... 20
2.1.2 Jasper Ridge .............................................................................................. 21
2.2 Vegetation canopy GF from TLS....................................................................... 23
2.2.1 Data collection .......................................................................................... 23
2.2.2 The angular resolution algorithm ............................................................. 25
2.2.3 Computing angular GF images ................................................................. 27
2.2.4 Validation of the angular resolution algorithm and GF images ............... 28
2.2.5 Estimation of GF on real TLS data............................................................. 31
2.3 Vegetation canopy CI from TLS data ................................................................ 33
2.3.1 Chen & Cihlar’s clumping index (CI) ......................................................... 33
2.4 Vegetation canopy GF from ALS ...................................................................... 35
2.4.1 Description of the HP equipment, data collection and pre-processing ... 35
2.4.2 Description of the ALS sensor, data collection and pre-processing ......... 38
2.4.3 Calculation of GF from HP ........................................................................ 44
2.4.4 Calculation of ALS metrics to estimate GF ............................................... 46
2.4.5 Computing the GF models from ALS metrics ........................................... 49
2.5 Vegetation canopy CI from ALS ....................................................................... 49
2.5.1 Calculation of CI from HP.......................................................................... 49
2.5.2 Estimation of CI from ALS metrics and ground laser returns ALS images
(GRI) 50
2.5.3 Pielou’s coefficient of segregation (PCS) .................................................. 51
3 RESULTS AND DISCUSSIONS ................................................................................... 54
3.1 Vegetation canopy GF from TLS....................................................................... 54
3.2 Vegetation canopy CI from TLS ........................................................................ 66
3.3 Vegetation canopy GF from ALS ...................................................................... 71
3.4 Vegetation canopy CI from ALS ....................................................................... 78
4 CONCLUSIONS ........................................................................................................ 85
4.1 Vegetation canopy GF from TLS....................................................................... 85
4.2 Vegetation canopy CI from TLS ........................................................................ 86
4.3 Vegetation canopy GF from ALS ...................................................................... 87
4.4 Vegetation canopy CI from ALS ....................................................................... 87
5 REFERENCES ............................................................................................................ 89
6 LIST OF FIGURES ................................................................................................... 101
7 LIST OF TABLES ..................................................................................................... 104