titlegical Classification Framework

Report 6 Downloads 45 Views
Characterizing Forest Succession in Central  Ontario using  LiDAR derived Indices

Karin van Ewijk, Paul Treitz and Neal Scott Department of Geography, Queen’s University, Kingston

Motivation

Motivation Oliver and Larson’s framework (1990) •

Two perspectives on stand development: 1. 2.



Structure Process 

General patterns of forest development following both major and minor  disturbances Stand  initiation

Adapted from Oliver and Larson, 1990

Stem  exclusion

Understory  re‐initiation

Old  growth

Research Goal To develop LiDAR derived structural indices that are suitable  predictors of the four seral stages described by Oliver and  Larson. LiDAR derived indices: Height DBH Percentiles Deciles Vertical structure Canopy density

Study Site Great Lakes – St. Lawrence Forest Region (GLSLFR), Ontario, Canada:   Transitional zone between southern deciduous forest of eastern  North America and predominantly coniferous boreal forest  in the  north.

Source: OMNR, 2004

Petawawa Research Forest:  Species composition: eastern white pine, red pine,  eastern hemlock, white cedar,  white and black spruce, jack pine;  yellow and white birch, poplars,  sugar and red maple, basswood,  red oak.

Data LiDAR data

Field data

ALTM 3100 sensor (Optimal Geomatics)

Forest variables

Altitude: 1000 m System PRF: 100 kHz Scan Freq: 54 Hz Scan Half Angle: 13° Cross Track Resolution: 0.499 m Down Track Resolution: 0.572 m

(plot size: 400 m2)

Stand types

Conifer dominated  Intolerant  Hardwoods Mixed Woods Tolerant Hardwoods

Seral stage Stand initiation (1) Stem exclusion (2) Understory re‐ initiation (3) Old growth (4)

N (total=66) 3 13

Six flight lines flown in August 2007 = 3 hits/m2

Nominal density (a subset of the flight lines had a density  of 10 hits/m2)

DBH,  Tree height,  Species composition,  Seral stage, Location: diff. corrected GPS

19 31

METHODOLOGY

Forest Variables LiDAR derived Variables HGT AVE

Average Height

HGT SD and AD

Standard deviation and Absolute deviation of Heights

HGT L where h is tree height and g is it’s basal area QMDBH where dbh is diameter at breast height, and n is stems per plot SKEW and KURTOSIS

Measures of asymmetry and “peakedness” of the probability distribution of  height

P90

90th Height Percentile

D2 and D6

2nd and 6th Height Decile

DB

Canopy Density Index = Proportion 1st Veg. Returns / Proportion  All Returns

VCI where HB is the total number of height bins, and pi is the proportional  abundance of LiDAR returns in height bin i. 

VCI Description of the four forest stand development stages

Stand initiation

Stem exclusion

Understory re‐initiation

LiDAR point clouds at 3 returns per m2

Frequency of LiDAR returns per height bin (2 m) 

Old growth

Analyses A. Density and Height Bin effects on VCI B. Binomial Logit Model Assumptions: 1. 2. 3.

No multicollinearity (VIF