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Application du lidar pour améliorer l’inventaire forestier

Chhun-Huor UngCentre canadien sur la fibre de bois

Service canadien des forêts

23 février 2012

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Plan• Processus de l’aménagement forestier et échelles de planification

• Volet 1 : le lidar aérien

• Volet 2 : le lidar terrestre

• Volet 3 : liens entre les propriétés du bois et la morphologie de l’arbre

• Conclusion générale

• Réponse à la question : La cartographie automatique des attributs forestiers pour supporter le calcul de la possibilité forestière et faciliter son application tactique : mythe ou réalité?

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Processus de l’aménagement forestier• Déterminer les objectifs pour

la forêt à aménager• Définir les buts du

propriétaire• Prendre en compte de la

participation des parties prenantes

Surveiller et mettre à jour le plan d’aménagement

Implanter le plan d’aménagement

(opérations)

Inventaire(conditions de la forêt,

changement de l’usage des terres, croissance forestière,

analyse de tendance)

• Formuler et évaluer les alternatives d’aménagement

• Sélectionner et élaborer le plan d’aménagement

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2

3

4

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Lien entre la précision de l’information et la qualité

de la décision

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Trois échelles possibles de planification et données requises

Implanter le plan stratégique à l’échelle tactique(bloc de forêt -mois)

Implanter le plan tactique à l’échelle opérationnelle(peuplement - semaines)

Produire le plan stratégique(forêt - années)

• Cartographie de la table de peuplement• Cartographie de la structure horizontale du

peuplement (trouées avec régénération)• Cartographie de la structure verticale du

peuplement (nombre de tiges l’axe vertical)

• Données agrégées de volume de bois à l’hectare et par groupe d’essences

• Coût d’aménagement, récolte, prix des produits du bois, si on veut tenir compte de la contrainte sociale et durabilité écosystémique

• Cartographie de l’arbre• Essence• Aire et longueur de la cime, hauteur, diamètre

du tronc à un niveau donné du sol• Défilement 3D• Branchaison

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Lidar aérien : travail en coursContexte• Photo-interprétation manuelle répond très difficilement aux

besoins des gestionnaires forestiers en raison de l’échelle unique de la carte produite.

• Renseignements fournis limités aux attributs relativement sommaires du peuplement (groupe d’essences, classe de hauteur et classe de densité).

Collaboration avec l’UQAM• Cartographie automatique des attributs de chaque arbre

individuel basée sur le lidar aérien pour compléter les algorithmes de quantification de la régénération résineuse, du bois mort et des trouées déjà produits.

• Cartes à des échelles multiples et adaptables aux multiples besoins des utilisateurs.

Impacts possibles• Amélioration de l’efficacité de la traditionnelle méthode du

contrôle en sylviculture.

• Lien avec l’opérateur de l’abatteuse.

Volet 1

B. St-Onge, UQAM

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Des applications du lidar aérien

Carte de la table de peuplement basé sur le lidar aérien de la forêt de Valcartier située près de Québec, terre fédérale, 220 km2, protocole d’entente depuis 1994 entre le MDN et RNCan.

Cartographie automatique de la table de peuplement

Volet 1

Gaules Petit bois Moyen bois Gros bois

Rés

ineu

xFe

uillu

s

Résolution : 30 m x 30 m

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Des applications du lidar aérienBiais des cartes de table de peuplement par rapport aux placettes terrestres

Volet 1

Cartographie automatique basée sur les données

texturales de la photo aérienne (proche infrarouge/rouge)

Cartographie automatique basée sur le lidar aérien et

l’algorithme de délimitation des arbres dominants

Cartographie manuelle basée sur la photo aérienne

• Effet du biais de la carte sur le résultat du calcul de la possibilité forestière.

B. St-Onge, UQAM

Biais = 10 %Biais = 20 % Biais = 4 %

Tentative de réinterprétation à l’intérieur du polygone

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Des applications du lidar aérien

• Modèle basé sur la recherche opérationnelle qui tient compte :• de la double contrainte de la durabilité écosystémique et de la rentabilité

industrielle,• des critères de qualité du bois.

• Pour l’instant, • qualité du bois défilement des arbres

• environnement maintien de la diversité spécifique et des classes de dhp

• économie maximisation de la valeur du bois en compromis avec le maintien de la durabilité de la forêt

Optimisation du calcul de la possibilité forestière par le modèle Biolley (Lussier 2009)

Volet 1

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Objectifs stratégiquespour la forêt de Valcartier

1. Maximiser les revenus de la récolte.

2. Maintenir un rendement économique non décroissant pour les 150 prochaines années.

3. Protéger l’intégrité de l’écosystème forestier.

Enjeux écologiquesa. Maintien de la composition

spécifique.b. Maintien de la diversité de la

structure des peuplements et du paysage.

c. Maintien des gros bois (vivants et morts).

Application de Biolley à Valcartier

Politiques à évaluer

Volet 1

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tttt IhyGy +−×=+ )(1

Variable Description Notes

yt Vecteur du nombre de tiges/ha sur pied par catégorie au temps t

y1 est une moyenne fournie par l’inventaire kNN à l’échelle de la forêt

G Matrice de transition (5 ans) Calibré avec des PEP

ht Vecteur du nombre de tiges/ha récoltées par catégorie au temps t

Variables décisionnelles

It Vecteur du nombre de tiges/ha recrutées par catégorie au temps t

Prédit par une fonction linéaire de ytCalibré avec les PEP

t Pas de temps de 5 ans (de 1 à 30)

Volet 1Application de Biolley à Valcartier

Modèle de croissance

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Volet 1

Petit bois Bois moyen Gros bois Petit bois Bois moyen Gros bois

Petit bois 0,91 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Bois moyen 0,06 0,96 0,00 0,00 0,00 0,00Gros bois 0,00 0,02 0,98 0,00 0,00 0,00Petit bois 0,00 0,00 0,00 0,83 0,00 0,00Bois moyen 0,00 0,00 0,00 0,04 0,88 0,00Gros bois 0,00 0,00 0,00 0,00 0,02 0,96

État final

MATRICE DE TRANSITION

Feuillus Résineux

Feuillus

Résineux

État initial


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Fonction objective : maximiser le revenu (valeur actualisée nette sur un horizon de 150 ans par exemple)

Contrainte 1 Récolte < Stock sur pied

Contrainte 2 Récolte non négative

Contrainte 3 Cash-flow non décroissant

Contrainte 4 Stabilité de la structure pendant les 2 dernières périodes

Contrainte 5 Nombre de gros bois après 100 ans > 40 % de la surface terrière

Politiques Contraintes

Récolte libre 1+2

Rendement économique soutenu 1+2+3+4

Rendement économique soutenu+ > 40 % de gros bois 1+2+3+4+5

Volet 1

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Volet 1N

ombr

e de

tige

s/ha

Volu

me

de b

ois

réco

lté e

n Km

3 /an

Photo Photo PhotoLidar Lidar LidarFeuillus Photo

Feuillus Lidar

Résineux Photo

Résineux Lidar

Carte basée sur la photo versus carte basée sur le lidar aérien Possibilité forestière

en volume de bois récolté

Récolte libre

Revenu soutenu

Revenu soutenu+Gros bois

Impact du biais de la carte sur le calcul de la possibilité forestière

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Rev

enu

annu

el (M

$/an

)


Volet 1

Récolte libre Revenu soutenu

Revenu soutenu+Gros bois

Impact du biais de la carte sur le revenu annuel

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Impact des politiques alternatives sur la diversité de la structure de la forêt

Volet 1

0

1

2

3

0 50 100 150ANS

Indice de diversité de Berger‐Parker

Évolution naturelle Politique 1 Politique 2 Politique 3

Valeurs attendues pour la forêt non aménagée

élimine les gros bois réduit la VAN de 50 % par rapport à la politique 1

réduit la VAN de 38 % par rapport à la politique 2

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Contexte• Plus les données précises sur le défilement des arbres sont disponibles, plus facile sera la

maximisation de la valeur de l’arbre par l’optimisation de la découpe de l’arbre et du sciage de ses billes.

Travail en cours• Comparer le défilement basé sur le laser portable avec le défilement basé sur le lidar terrestre

(collaborations avec FPInnovations, Université de Sherbrooke et Université de Munich).

Lidar terrestre

Des applications du lidar terrestreOptimisation du sciage à l’aide du défilement 3D

Volet 2

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Lissage de la surface par Optitek

Nuage de points bruts transformé en défilement avant lissage

(érable à fourrure)

Des applications du lidar terrestreOptimisation du sciage à l’aide du défilement 3D

Volet 2

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Lien entre les propriétés du boiset la morphologie de l’arbre

Contexte• Meilleure est la connaissance des impacts sylvicoles sur le changement des propriétés physico-

mécaniques du bois, meilleure sera la maximisation de sa valeur.

Approche• Déterminer les attributs de qualité du bois par leurs liens avec la morphologie de l’arbre, la structure

du peuplement et le site.

Méthode statistique• Structural Equations Model. Bill Shipley 2004. Cambridge University Press.

Impacts sylvicoles et industriels• Améliorer le choix des arbres par l’amélioration de la classification de l’arbre et de la bille basée sur

les attributs de l’arbre captés par le lidar.

Volet 3

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But• Produire les modèles de prédiction de la microdensité et de la longueur de la fibre de

bois en utilisant les attributs de l’arbre, du peuplement et du site comme prédicteurs.

Lien entre les propriétés du bois et la morphologie de l’arbre

Travail en cours

Volet 3

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Volet 3

• Essence• DHP• Hauteur• Défilement• Branchaison

Lidar terrestre Lidar aérien Photos aériennes

Sonde acoustique

CTScan

Humidimètre

Densimètre de rayon X

Fiber Quality Analyser

Laser portatif

Résistographe ®• Vélocité acoustique (SA)• Humidité du bois (H)• Densité (SA+H) ®• Âge de l’arbre ®• Aubier/Bois de cœur ®• Carie ®• Bois juvénile/mature ®• Défilement (LP)• Longueur fibre (FQA)• Microdensité (D)• Nodosité (CTS)• MOE, MOR, MFA

• Essence• Rapport de cime• IQS

(Épaisseur du sol, drainage)• Microtopographie

Lien entre les propriétés du bois et la morphologie de l’arbre

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Contexte• Développer les méthodes non destructives pour estimer la qualité des produits pouvant être

dérivés de l’arbre sur pied.

• La vélocité acoustique est liée à la densité du bois et au module d’élasticité par :

• Ainsi, plus la mesure de v est précise, plus précise sera l’estimation de la densité ou de la rigidité.

Résultat

• Dhp et cime de lumière sont les plus corrélés avec la vélocité.


Corrélation entre le dhp, la cime de lumière et la vélocité acoustique

densitéMoEvélocité =

Volet 3

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Implications

• Une éclaircie peut influencer la vélocité en favorisant la croissance diamétrale et l’expansion de la

cime.

• Il est possible de produire une prescription de l’intensité d’éclaircie basée sur le niveau désiré de la

vélocité.

• La vélocité non destructive est fonction de la surface de la cime de lumière et de la compétition des

arbres voisins.


Corrélation entre le dhp, la cime de lumière et la vélocité acoustique

Volet 3

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Conclusion générale

• Possibilité de rendre applicable le concept de l’intégration de la chaîne de valeur forestière (lien étroit entre les planifications stratégique, tactique et opérationnelle) grâce :

aux algorithmes pour cartographier automatiquement les attributs de l’arbre à la grandeur de la forêt;à la modélisation des propriétés du bois.

• Intrants des modèles de propriétés du bois peuvent venir de :mesures non destructives sur les arbres debout (sonde acoustique, humidimètre, résistographe, lidar terrestre);données spatiales fournies par le lidar aérien ou la photographie aérienne.

• Prise en compte du compromis entre coûts et bénéfices et de leur convivialité requis pour les applications opérationnelles des modèles.

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Réponse à la question de départ

La cartographie automatique des attributs forestiers pour supporter le calcul de la

possibilité forestière et faciliter son application tactique :

mythe ou réalité?

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• Objectifs d’aménagement• Buts du propriétaire• Participation des parties

prenantesSurveiller et mettre à jour le plan

d’aménagement

Implanter le plan d’aménagement

Inventaire

• Alternatives d’aménagement

• Élaboration du plan d’aménagement

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Réponse

Rendre opérationnels les liens entre l’algorithme de cartographie automatique des arbres individuels, le modèle BIOLLEY.

Réaliser la récolte (par exemple, FPInterface, FPSuites).

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• Réalité bien entamée pour la Forêt de Valcartier avec les prochaines étapes

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Merci à mes collaborateurs• Larry Moses et Alexis Usabuwera, Défense nationale

• Jean-François Paquet, Service canadien des forêts

• Benoît St-Onge, Université du Québec à Montréal

• Richard Fournier, Université de Sherbrooke

• Jean-Martin Lussier, Isabelle Duchesne et Roger Gagné, Centre canadien sur la fibre de bois

• Bastien Ferland-Raymond, MRNFQ

• Pierre Bédard, FPInnovations

• L’équipe de Planification et Développement pour avoir amélioré la qualité de la présentation

Les références seront fournies sur demande.

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