Accuracy of an IFSAR-derived digital terrain model under a conifer forest canopy

AbstractAccurate digital terrain models (DTMs) are necessary for a variety of forest resource management applications, including watershed management, timber harvest planning, and fire management. Traditional methods for acquiring topographic data typically rely on aerial photogrammetry, where measurement of the terrain surface below forest canopy is difficult and error prone. The recent emergence of airborne P-band interferometric synthetic aperture radar (IFSAR), a high-resolution, microwave remote sensing technology, has the potential to provide significantly more accurate terrain models in forested areas. Low-frequency, P-band radar energy physically penetrates through the vegetation canopy and reflects from the underlying terrain surface, allowing for accurate measurement of the terrain surface elevation even in areas with dense forest cover. In this study, the accuracy of a high-resolution DTM derived from P-band IFSAR data collected over a mountainous forest area in western Washington State was rigorously evaluated through a comparison with 347 topographic checkpoints measured with total station survey equipment and collected under a variety of canopy densities. The mean DTM error was –0.28 ± 2.59 m (mean ± standard deviation), and the root mean squared error (RMSE) was 2.6 m. DTM elevation errors for four canopy cover classes were –0.67 ± 1.20 m (RMSE = 1.38 m) for clearcut, –0.62 ± 1.00 m (RMSE = 1.18 m) for heavily thinned, –0.41 ± 2.32 m (RMSE = 2.36 m) for lightly thinned, and 0.20 ± 3.31 m (RMSE = 3.32 m) for uncut.Les modèles numériques d'altitude (MNA) précis sont nécessaires pour une variété d'applications dans la gestion des ressources forestières, incluant la gestion des bassins versants, la planification des opérations de coupe et la gestion des incendies de forêt. Les méthodes traditionnelles d'acquisition de données topographiques s'appuient généralement sur la photogrammétrie aérienne, où les mesures de la surface du terrain sous le couvert forestier est difficile et sujette aux erreurs. L'émergence récente des données interférométriques radar aéroporté à synthèse d'ouverture en bande P (IFSAR), une technologie de télédétection micro-onde à haute résolution, pourrait fournir des modèles d'altitude significativement plus précis dans les zones forestières. L'énergie à basse fréquence du radar en bande P pénètre physiquement à travers le couvert de végétation et est réfléchie par la surface sous-jacente du terrain permettant la mesure précise de l'altitude à la surface du terrain, même dans les zones de couvert forestier dense. Dans cette étude, la précision d'un MNA à haute résolution dérivé des données IFSAR en bande P acquises au-dessus d'une zone forestière montagneuse dans l'ouest de l'état de Washington a été évaluée de façon rigoureuse par le biais d'une comparaison avec 347 points de contrôle topographiques mesurés à l'aide d'équipement de levés par station totale et collectées pour une variété de densités de couvert. L'erreur moyenne au niveau du MNA était de –0,28 ± 2,59 m (moyenne ± ET) et l'erreur quadratique (RMSE) était de 2,6 m. Les erreurs d'altitude du MNA pour quatre classes de couvert étaient: coupes à blanc –0,67 ± 1,20 m (RMSE = 1,38 m), éclaircies fortes –0,62 ± 1,00 m (RMSE = 1,18 m), éclaircies légères –0,41 ± 2,32 m (RMSE = 2,36 m) et zones non coupées 0,20 ± 3,31 m (RMSE = 3,32 m).[Traduit par la Rédaction]

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