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FOREST RESOURCE INFORMATION CALCULATION METHOD AND FOREST RESOURCE INFORMATION CALCULATION DEVICE

Patent code P170013707
File No. L16013
Posted date Feb 15, 2017
Application number P2016-227207
Publication number P2018-084472A
Patent number P6570039
Date of filing Nov 22, 2016
Date of publication of application May 31, 2018
Date of registration Aug 16, 2019
Inventor
  • (In Japanese)加藤 正人
  • (In Japanese)トウ ソウキュウ
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人信州大学
Title FOREST RESOURCE INFORMATION CALCULATION METHOD AND FOREST RESOURCE INFORMATION CALCULATION DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a forest resource information calculation method capable of calculating forest resource information with high accuracy by extracting a tree crown corresponding to each tree with high accuracy.
SOLUTION: The forest resource information calculation method includes: tree crown high image data creation processing (step S30) for creating tree crown high image data on the basis of survey object forest region image data created on the basis of laser measurement data and geographical information; tree crown high image data noise processing (step S40) for executing noise removal processing included in the tree crown high image data; precise tree crown image data creation processing (step S50) for creating precise tree crown image data for enabling the extraction of a tree crown corresponding to each tree of survey object trees on the basis of noise processing-executed tree crown high image data; precise tree crown information creation processing (step S60) for creating tree crown information relevant to a tree crown corresponding to each tree from the precise tree crown image data; and forest resource information calculation processing (step S70) for creating forest resource information about a survey object forest region on the basis of the precise tree crown information.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

森林資源に関する情報(森林資源情報という。)は、森林管理において重要な基礎情報である。森林資源情報は、従来においては、地上調査によって、調査員が標準的な森林と思われる箇所に小面積の調査地を設定して、当該調査地における樹木の位置、胸高直径、樹高を測定し、その結果に管理面積を乗ずることで、全体の森林資源情報を推定する方法が広く行われている。

しかしながら、森林は一様でないため、小面積の測定結果に管理面積を乗ずる方法では精度の点で問題がある。森林資源情報の推定精度を上げるためには、現地調査箇所の数を増やすことが考えられるが、現地調査箇所の数を増やすと、多大な労力と費用を要する。

一方、近年、上空から調査対象となる森林域にレーザー光を照射することよって得られたレーザー計測データ(3次元の点群データ)に基づいて樹木(単木)単位で森林資源情報を算定することも行われる。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、森林資源情報算定方法及び森林資源情報算定装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
上空から調査対象森林域を含む地域にレーザー光を照射して得られたレーザー計測データに基づいて、前記調査対象森林域に関する森林資源情報を作成する森林資源情報算定方法であって、
前記レーザー計測データと地理的情報とに基づいて、調査対象森林域画像データを作成する調査対象森林域画像データ作成処理ステップと、
前記調査対象森林域画像データに基づいて、前記調査対象森林域に存在する樹木の樹冠高を表す樹冠高画像データを作成する樹冠高画像データ作成処理ステップと、
前記樹冠高画像データに含まれるノイズを除去するためのノイズ処理を施してノイズ処理済みの樹冠高画像データを作成する樹冠高画像データノイズ処理ステップと、
前記調査対象森林域に存在する植生のうち調査対象となる調査対象樹木の各樹木に対応する樹冠の抽出が可能な精密樹冠画像データを、前記ノイズ処理済みの樹冠高画像データに基づいて作成する精密樹冠画像データ作成処理ステップと、
前記精密樹冠画像データから前記各樹木に対応する樹冠に関する精密樹冠情報を作成する精密樹冠情報作成処理ステップと、
前記精密樹冠情報に基づいて前記調査対象森林域に関する森林資源情報を作成する森林資源情報算定処理ステップと、
を有し、
前記樹冠高画像データに含まれるノイズには、前記レーザー計測データに含まれるレーザー計測ノイズ、前記調査対象樹木よりも下層に存在している下層植生と、前記レーザー光が前記樹冠を透過して地表に達することによって生じた樹冠透過パルスと、前記樹冠から局部的に突出している徒長枝葉及び樹冠輪郭不明瞭部と、が含まれており、
前記樹冠高画像データノイズ処理ステップは、前記樹冠高画像データがメッシュ化された各メッシュのメッシュデータを用い前記ノイズ処理を行い、当該樹冠高画像データノイズ処理ステップには、
前記レーザー計測ノイズを除去するレーザー計測ノイズ処理ステップと、
前記樹冠高画像データから前記下層植生を除去した下層植生処理画像データを作成する下層植生処理ステップと、
前記下層植生処理画像データに対し、前記各樹木の平均的な樹冠直径に基づいて設定されている平均化フィルターを用いて前記各樹木の樹冠高の平均化処理を行うことにより平均化処理画像データを作成する平均化処理ステップと、
前記平均化処理画像データと前記下層植生処理画像データとの差分をとる差分処理ステップと、
前記差分処理ステップにより得られた差分の結果に基づいて、前記樹冠透過パルスを除去した樹冠透過パルス処理画像データを作成する樹冠透過パルス処理ステップと、
前記差分処理ステップにより得られた差分の結果に基づいて、前記徒長枝葉を除去するとともに前記樹冠輪郭不明瞭部を改善した樹冠輪郭処理画像データを作成する樹冠輪郭処理ステップと、
が含まれていることを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項2】
 
請求項1に記載の森林資源情報算定方法において、
前記樹冠高画像データ作成処理ステップは、前記調査対象森林域画像データに基づいて、メッシュ化されたデジタル表層モデルデータとデジタル標高モデルデータを作成し、各メッシュにおいて前記デジタル表層モデルデータと前記デジタル標高モデルデータとの差分を取ることによって、前記樹冠高画像データを作成することを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項3】
 
請求項2に記載の森林資源情報算定方法において、
前記下層植生処理ステップは、前記下層植生の樹冠高のうちの最大樹冠高を入力して、当該最大樹冠高以下の樹冠高を有するメッシュの画素値をゼロとすることを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項4】
 
請求項3に記載の森林資源情報算定方法において、
前記平均化処理ステップは、前記樹冠高画像データの各メッシュをそれぞれ処理対象メッシュとし、当該処理対象メッシュに前記平均化フィルターを重ね合わせ、当該平均化フィルターに含まれる各メッシュの樹冠高の平均値を当該処理対象メッシュの樹冠高とする処理を、各処理対象メッシュにおいて順次行うことを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項5】
 
請求項4に記載の森林資源情報算定方法において、
前記差分処理ステップは、前記平均化処理画像データから下層植生処理画像データを差し引くことによって前記平均化処理画像データと下層植生処理画像データとの差分値を求める差分処理を各メッシュにおいて行うことを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項6】
 
請求項5に記載の森林資源情報算定方法において、
前記樹冠透過パルス処理ステップは、前記差分処理によって得られた各メッシュの差分値を横軸とし、当該差分値に対応するメッシュの数を縦軸とし、前記差分値がゼロ(0)を平均値として作成されたヒストグラムを用い、当該ヒストグラムにおいて、前記差分処理によって得られた各メッシュの差分値をDとし、前記平均値よりもプラス側の標準偏差をSDとし、前記平均値よりもマイナス側の標準偏差を-SDとし、現時点で処理対象とするメッシュを処理対象メッシュとしたとき、
当該処理対象メッシュにおいて求められた差分値Dが、D>SDである場合には、当該処理対象メッシュに対応する前記平均化処理画像データを当該処理対象メッシュのデータとし、当該処理対象メッシュにおいて求められた差分値Dが、D≦SDである場合には、当該処理対象メッシュに対応する前記下層植生処理画像データを当該処理対象メッシュのデータとして、前記樹冠透過パルス処理画像データを生成することを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項7】
 
請求項6に記載の森林資源情報算定方法において、
前記樹冠輪郭処理ステップは、前記処理対象メッシュにおいて求められた差分値Dが、D<-SDである場合には、当該処理対象メッシュに対応する前記樹冠透過パルス処理画像データを平滑化処理して平滑化処理画像を作成し、
前記処理対象メッシュにおいて求められた差分値Dが、D≧-SDである場合には、当該処理対象メッシュに対応する前記樹冠透過パルス処理画像データを当該処理対象メッシュのデータとして、前記樹冠輪郭処理画像データを生成することを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項8】
 
請求項7に記載の森林資源情報算定方法において、
前記精密樹冠画像データ作成処理ステップは、樹冠の縁部が樹冠部分よりも暗いことを利用して前記精密樹冠画像データを作成することを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項9】
 
請求項8に記載の森林資源情報算定方法において、
前記精密樹冠情報作成処理ステップは、前記精密樹冠画像データを用いて、少なくとも、前記各樹木に対応する樹冠のラベル番号、前記各樹木に対応する樹冠の樹冠位置、前記各樹木に対応する樹冠の樹冠直径、前記各樹木に対応する樹冠の樹冠面積を前記精密樹冠情報として算定することを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項10】
 
請求項9に記載の森林資源情報算定方法において、
前記森林資源情報算定処理ステップは、
前記各樹木の樹高を算定する樹高算定処理ステップと、
前記各樹木において人間のほぼ胸の高さの直径を各樹木の胸高直径として算定する胸高直径算定処理ステップと、
前記各樹木の材積を算定する材積算定処理ステップと、
前記各樹木の樹高、前記各樹木の胸高直径及び前記各樹木の材積と前記精密樹冠情報作成処理ステップで算定された前記精密樹冠情報とを集計する処理を行う森林資源情報集計処理ステップと、
を有することを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項11】
 
請求項10に記載の森林資源情報算定方法において、
前記各樹木の樹高は、前記樹冠高画像データ作成処理ステップによって求められた樹冠高のうち、各樹冠内において最大の樹冠高を当該樹冠における樹高とすることを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項12】
 
請求項10又は11に記載の森林資源情報算定方法において、
前記各樹木の胸高直径は、前記当該樹木の樹冠面積及び前記樹冠直径の少なくとも一方と、当該樹木の樹高とから重回帰式で算定することを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項13】
 
請求項10~12のいずれかに記載の森林資源情報算定方法において、
前記森林資源情報算定処理ステップにおける前記森林資源情報集計処理ステップは、
前記調査対象樹木の本数、前記各樹木に対して算定された樹冠直径の平均値、前記各樹木に対して算定された樹冠直径のうちの最大値及び最小値、前記各樹木に対して算定された樹冠面積の平均値、前記各樹木に対して算定された樹冠面積のうちの最大値及び最小値、前記各樹木に対して算定された胸高直径の平均値、前記各樹木に対して算定された胸高直径のうちの最大値及び最小値と、前記各樹木に対して算定された樹高の平均値、前記各樹木に対して算定された樹高のうちの最大値及び最小値、前記各樹木に対して算定された材積の平均値、前記各樹木に対して算定された材積のうちの最大値及び最小値を算定する処理をさらに有するとともに、前記調査対象樹木の単位面積当たりの本数及び材積を算定する処理をさらに有することを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項14】
 
上空から調査対象森林域を含む地域にレーザー光を照射して得られたレーザー計測データに基づいて、前記調査対象森林域に関する森林資源情報を作成する森林資源情報算定装置であって、
前記レーザー計測データと地理的情報とに基づいて、調査対象森林域画像データを作成する調査対象森林域画像データ作成処理部と、
前記調査対象森林域画像データに基づいて、前記調査対象森林域に存在する樹木の樹冠高を表す樹冠高画像データを作成する樹冠高画像データ作成処理部と、
前記樹冠高画像データに含まれるノイズを除去するためのノイズ処理を施してノイズ処理済みの樹冠高画像データを作成する樹冠高画像データノイズ処理部と、
前記調査対象森林域に存在する植生のうち調査対象となる調査対象樹木の各樹木に対応する樹冠の抽出が可能な精密樹冠画像データを、前記ノイズ処理済みの樹冠高画像データに基づいて作成する精密樹冠画像データ作成処理部と、
前記精密樹冠画像データから前記各樹木に対応する樹冠に関する精密樹冠情報を作成する精密樹冠情報作成処理部と、
前記精密樹冠情報に基づいて前記調査対象森林域に関する森林資源情報を作成する森林資源情報算定処理部と、
を有し、
前記樹冠高画像データに含まれるノイズには、前記レーザー計測データに含まれるレーザー計測ノイズ、前記調査対象樹木よりも下層に存在している下層植生と、前記レーザー光が前記樹冠を透過して地表に達することによって生じた樹冠透過パルスと、前記樹冠から局部的に突出している徒長枝葉及び樹冠輪郭不明瞭部と、が含まれており、
前記樹冠高画像データノイズ処理部は、前記樹冠高画像データがメッシュ化された各メッシュのメッシュデータを用い前記ノイズ処理を行い、当該樹冠高画像データノイズ処理部には、
前記レーザー計測ノイズを除去するレーザー計測ノイズ処理部と、
前記樹冠高画像データから前記下層植生を除去した下層植生処理画像データを作成する下層植生処理部と、
前記下層植生処理画像データに対し、前記各樹木の平均的な樹冠直径に基づいて設定されている平均化フィルターを用いて前記各樹木の樹冠高の平均化処理を行うことにより平均化処理画像データを作成する平均化処理部と、
前記平均化処理画像データと前記下層植生処理画像データとの差分をとる差分処理部と、
前記差分処理部により得られた差分の結果に基づいて、前記樹冠透過パルスを除去した樹冠透過パルス処理画像データを作成する樹冠透過パルス処理部と、
前記差分処理部により得られた差分の結果に基づいて、前記徒長枝葉を除去するとともに前記樹冠輪郭不明瞭部を改善した樹冠輪郭処理画像データを作成する樹冠輪郭処理部と、
が含まれていることを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項15】
 
請求項14記載の森林資源情報算定装置において、
前記樹冠高画像データ作成処理部は、前記調査対象森林域画像データに基づいて、メッシュ化されたデジタル表層モデルデータとデジタル標高モデルデータを作成し、各メッシュにおいて前記デジタル表層モデルデータと前記デジタル標高モデルデータとの差分を取ることによって、前記樹冠高画像データを作成することを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項16】
 
請求項14に記載の森林資源情報算定装置において、
前記下層植生処理部は、前記下層植生の樹冠高のうちの最大樹冠高を入力して、当該最大樹冠高以下の樹冠高を有するメッシュの画素値をゼロとすることを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項17】
 
請求項16に記載の森林資源情報算定装置において、
前記平均化処理部は、前記樹冠高画像データの各メッシュをそれぞれ処理対象メッシュとし、当該処理対象メッシュに前記平均化フィルターを重ね合わせ、当該平均化フィルターに含まれる各メッシュの樹冠高の平均値を当該処理対象メッシュの樹冠高とする処理を、各処理対象メッシュにおいて順次行うことを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項18】
 
請求項17に記載の森林資源情報算定装置において、
前記差分処理は、前記平均化処理画像データから下層植生処理画像データを差し引くことによって前記平均化処理画像データと下層植生処理画像データとの差分値を求める差分処理を各メッシュにおいて行うことを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項19】
 
請求項18に記載の森林資源情報算定装置において、
前記樹冠透過パルス処理部は、前記差分処理によって得られた各メッシュの差分値を横軸とし、当該差分値に対応するメッシュの数を縦軸とし、前記差分値がゼロ(0)を平均値として作成されたヒストグラムを用い、当該ヒストグラムにおいて、前記差分処理によって得られた各メッシュの差分値をDとし、前記平均値よりもプラス側の標準偏差をSDとし、前記平均値よりもマイナス側の標準偏差を-SDとし、現時点で処理対象とするメッシュを処理対象メッシュとしたとき、
当該処理対象メッシュにおいて求められた差分値Dが、D>SDである場合には、当該処理対象メッシュに対応する前記平均化処理画像データを当該処理対象メッシュのデータとし、当該処理対象メッシュにおいて求められた差分値Dが、D≦SDである場合には、当該処理対象メッシュに対応する前記下層植生処理画像データを当該処理対象メッシュのデータとして、前記樹冠透過パルス処理画像データを生成することを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項20】
 
請求項19に記載の森林資源情報算定装置において、
前記樹冠輪郭処理部は、前記処理対象メッシュにおいて求められた差分値Dが、D<-SDである場合には、当該処理対象メッシュに対応する前記樹冠透過パルス処理画像データを平滑化処理して平滑化処理画像を作成し、
前記処理対象メッシュにおいて求められた差分値Dが、D≧-SDである場合には、当該処理対象メッシュに対応する前記樹冠透過パルス処理画像データを当該処理対象メッシュのデータとして、前記樹冠輪郭処理画像データを生成することを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項21】
 
請求項20に記載の森林資源情報算定装置において、
前記精密樹冠画像データ作成処理部は、樹冠の縁部が樹冠部分よりも暗いことを利用して前記精密樹冠画像データを作成することを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項22】
 
請求項21に記載の森林資源情報算定装置において、
前記精密樹冠情報作成処理部は、前記精密樹冠画像データを用いて、少なくとも、前記各樹木に対応する樹冠のラベル番号、前記各樹木に対応する樹冠の樹冠位置、前記各樹木に対応する樹冠の樹冠直径、前記各樹木に対応する樹冠の樹冠面積を前記精密樹冠情報として算定することを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項23】
 
請求項22に記載の森林資源情報算定装置において、
前記森林資源情報算定処理部は、
前記各樹木の樹高を算定する樹高算定処理部と、
前記各樹木において人間のほぼ胸の高さの直径を各樹木の胸高直径として算定する胸高直径算定処理部と、
前記各樹木の材積を算定する材積算定処理部と、
前記各樹木の樹高、前記各樹木の胸高直径及び前記各樹木の材積と前記精密樹冠情報作成処理部で算定された前記精密樹冠情報とを集計する処理を行う森林資源情報集計処理部と、
を有することを特徴とする
森林資源情報算定装置。

【請求項24】
 
請求項23に記載の森林資源情報算定装置において、
前記各樹木の樹高は、前記樹冠高画像データ作成処理部によって求められた樹冠高のうち、各樹冠内において最大の樹冠高を当該樹冠における樹高とすることを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項25】
 
請求項23又は24に記載の森林資源情報算定装置において、
前記各樹木の胸高直径は、前記当該樹木の樹冠面積及び前記樹冠直径の少なくとも一方と、当該樹木の樹高とから重回帰式で算定することを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項26】
 
請求項23~25のいずれかに記載の森林資源情報算定装置において、
前記森林資源情報算定処理部における前記森林資源情報集計処理部は、
前記調査対象樹木の本数、前記各樹木に対して算定された樹冠直径の平均値、前記各樹木に対して算定された樹冠直径のうちの最大値及び最小値、前記各樹木に対して算定された樹冠面積の平均値、前記各樹木に対して算定された樹冠面積のうちの最大値及び最小値、前記各樹木に対して算定された胸高直径の平均値、前記各樹木に対して算定された胸高直径のうちの最大値及び最小値と、前記各樹木に対して算定された樹高の平均値、前記各樹木に対して算定された樹高のうちの最大値及び最小値、前記各樹木に対して算定された材積の平均値、前記各樹木に対して算定された材積のうちの最大値及び最小値を算定する処理をさらに有するとともに、前記調査対象樹木の単位面積当たりの本数及び材積を算定する処理をさらに行うことを特徴とする森林資源情報算定装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016227207thum.jpg
State of application right Registered
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