Quantification of forest biomass stocks and their dynamics is important for implementing effective climate change mitigation measures. The knowledge is needed, e.g., for local forest management, studying the processes driving af-, re-, and deforestation, and can improve the accuracy of carbon-accounting. Remote sensing using airborne LiDAR can be used to perform these measurements of vegetation structure at large scale. We present deep learning systems for predicting wood volume, above-ground biomass (AGB), and subsequently above-ground carbon stocks directly from airborne LiDAR point clouds. We devise different neural network architectures for point cloud regression and evaluate them on remote sensing data of areas for which AGB estimates have been obtained from field measurements in the Danish national forest inventory. Our adaptation of Minkowski convolutional neural networks for regression gave the best results. The deep neural networks produced significantly more accurate wood volume, AGB, and carbon stock estimates compared to state-of-the-art approaches operating on basic statistics of the point clouds. In contrast to other methods, the proposed deep learning approach does not require a digital terrain model. We expect this finding to have a strong impact on LiDAR-based analyses of biomass dynamics.


翻译:对森林生物量储量及其动态进行量化,对于实施有效的气候变化缓解措施十分重要,例如,当地森林管理、研究驱动、重新和砍伐森林的过程以及提高碳核算的准确性,需要这方面的知识。利用空中激光雷达进行遥感,可以大规模地测量植被结构。我们提出了用于预测木材数量、地面生物量以及随后直接从空气中的LIDAR点云中产生的地面碳储量的深层学习系统。我们为点云回归设计了不同的神经网络结构,并评估了从丹麦国家森林清单的实地测量中获得AGB估计数的地区遥感数据。我们改编Minkowski电动神经网络以进行回归,取得了最佳结果。深神经网络生成了更准确的木量、AGB和碳储量估计,而与在点云基本统计方面采用的最新方法相比,拟议的深层学习方法不需要数字地形模型。我们期望这一发现对以LikAR为基础的生物量动态分析产生强烈影响。

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