Boreal forest structural complexity assessments with laser scanning
Cimdins R. (2026). Boreal forest structural complexity assessments with laser scanning. https://doi.org/10.14214/df.384
Tiivistelmä
Metsän rakenteellinen kompleksisuus on keskeinen ekosysteemin toiminnan indikaattori, joka muokkaa luonnon monimuotoisuutta, elinympäristöjen saatavuutta ja metsien häiriönsietokykyä. Sen kattava mittaaminen on kuitenkin edelleen haastavaa, ja rakenteellisen kompleksisuuden ajalliset dynamiikat boreaalisissa olosuhteissa tunnetaan puutteellisesti. Laserskannausteknologiat tarjoavat tehokkaan keinon metsän rakenteellisten ominaisuuksien yksityiskohtaiseen kvantifiointiin, mutta eri laserskannausteknologioiden kyvystä kuvata metsän rakenteellista kompleksisuutta ja sen muutoksia ajassa on edelleen merkittävä tietovaje. Tässä väitöskirjassa näitä puutteita tarkastellaan arvioimalla ilma- (ALS) ja maalaserskannauksen (TLS) kyvykkyyttä: (1) rakenteellisen kompleksisuuden arviointiin boreaalisissa metsissä bi-temporaalisen ALS-aineiston avulla; (2) eri skannausteknologioiden ja aineiston käsittelymenetelmien vaikutusta rakenteellisen kompleksisuuden mittaamiseen; sekä (3) eri bi-temporaalisista pistepilviaineistoista johdettujen kompleksisuusmittareiden yhdenmukaisuutta ja johdonmukaisuutta.
Tutkimuksessa I tarkastellaan matalatiheyksisen bi-temporaalisen ALS-aineiston (<1 p/m2) soveltuvuutta metsän rakenteellisen kompleksisuuden muutosten seurantaan valon saatavuuden näkökulmasta. Vuoden 2012 ja 2019 ALS-aineistoista tuotettiin latvuksen vertikaaliprofiilit voxelisoimalla pistepilvet 4 × 4 × 1 m yksiköihin ja luokittelemalla ne valon läpäisyä kuvaaviin luokkiin. Tulokset osoittavat, että korkeamman rakenteellisen kompleksisuuden metsiköissä kasvillisuuden täyttämä tila lisääntyi ja tyhjän tilan osuus latvuksen alapuolella väheni, mikä osoittaa matalatiheyksisen ALS:n soveltuvuuden kompleksisuuden kehityksen havaitsemiseen ajassa.
Tutkimuksessa II verrataan ALS- ja TLS-pohjaisia rakenteellisen kompleksisuuden mittareita kahdella käsittelytasolla (ruutu- ja objektitaso) sekä kolmessa ulottuvuudessa (vertikaalinen, horisontaalinen ja volumetrinen). Helikopteripohjainen ALS ja moniskannattu TLS osoittivat, että objektitason käsittely tuottaa suuremman vaihtelun mittareissa ja kuvaa aineistojen spatiaalista yksityiskohtaisuutta paremmin. Korkeatiheyksinen ALS vastasi hyvin TLS:ää vertikaalisen ja horisontaalisen kompleksisuuden osalta, mutta mittausgeometrian erot heikensivät volumetristen mittareiden yhdenmukaisuutta.
Tutkimuksessa III analysoidaan pistepilvien ominaisuuksien vaikutusta rakenteellisen kompleksisuuden seurantaan 7–10 vuoden aikajänteellä. Eri tiheyksisiä ALS-aineistoja (0,4–1; 15–28; 200–3600 p/m2) sekä TLS-aineistoa vertaamalla havaittiin, että aukko-osuus ja Shannonin entropia osoittivat johdonmukaisia trendejä, kun taas kasvillisuuden täyttöaste ja fraktaalidimensio olivat herkempiä aineiston ominaisuuksille. Tulokset korostavat huolellisen mittarivalinnan merkitystä ja osoittavat, että robustien indikaattorien avulla eri sensoreihin perustuvat lähestymistavat tarjoavat vahvan potentiaalin laajamittaiseen metsien rakenteellisen kompleksisuuden seurantaan boreaalisissa metsissä.
Avainsanat
luonnon monimuotoisuus;
täsmämetsätalous;
metsien seuranta;
metsän rakenteellinen kompleksisuus;
laserskannaus (LiDAR);
latvuksen vertikaaliprofiilit;
vokselipohjainen analyysi
-
Cimdins,
University of Eastern Finland, Faculty of Science, Forestry and Technology, School of Forest Sciences
https://orcid.org/0009-0000-7084-6333
Sähköposti
birchers.kokaudzetava@gmail.com
Julkaistu 27.3.2026
Katselukerrat 32
Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.384 | Lataa PDF
Osajulkaisut
Cimdins R, Yrttimaa T, Hyyppä J, Vastaranta M, Kankare V (2024) Quantifying changes in forest structural complexity using bi-temporal airborne laser scanning. European Journal of Remote Sensing 57(1), article id 2417905.
https://doi.org/10.1080/22797254.2024.2417905
Cimdins R, Yrttimaa T, Hyyppä J, Vastaranta M, Kankare V (2025) Capturing trends in forest structural complexity development using laser scanning techniques. Trees, Forests and People 21, article id 100954.
https://doi.org/10.1016/j.tfp.2025.100954
Cimdins R, Yrttimaa T, Vastaranta M, Kankare V (2025) Assessing forest structural complexity: insights from alternative laser scanning approaches. Scandinavian Journal of Forest Research 41(1): 40–53.
