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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-13716
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/1371/


Fink, Florian

Foto-optische Erfassung der Dimension von Nadelrundholzabschnitten unter Einsatz digitaler, bildverarbeitender Methoden

Photo-optical measurement of softwood log dimension using digital image processing methods

Dokument1.pdf (4.074 KB) (md5sum: 0b85826e8e8a8c8bf5fc4b501c4e1ffd)

Kurzfassung in Deutsch

Die traditionelle einzelabschnittsweise Dimensionsermittlung von Rundholzabschnitten durch einfache Handmessverfahren im Wald ist fehleranfällig, zeit- und kostenaufwendig. Im letzten Jahrzehnt hat sich deshalb die Vermessung von Sägeholzmassensortimenten (schwache bis mittelstarke Nadelrundholzabschnitte in Standardlängen) zunehmend vom Bestand zur Holzindustrie verlagert und wird dort durch eine opto-elektronische Werkeingangsvermessung ergänzt bzw. ersetzt. Abweichungen zwischen dem forstseitigen und dem werksseitigen erhobenen Maß ergeben sich dabei nicht nur aufgrund der unterschiedlichen Vermessungsverfahren sondern auch durch Vermischungen, Verwechslungen oder unvollständige Abfuhr von bereitgestellten Holzmengen.
Ziel dieser Untersuchung ist es, ein Vermessungsverfahren auf Basis optischer, bildgebender Technologien in Verbindung mit computergestützten Auswertungsverfahren zu entwickeln. Das Verfahren sollte möglichst mobil einsetzbar sein, und sich als waldnahes Kontrollmaß und als Instrument für Dispositionszwecke eignen. Die Anforderungen an ein derartiges Mess- und Dokumentationsverfahren bestehen in der rationellen, hinreichend genauen und reproduzierbaren Ermittlung der Stückzahl, der Durchmesserverteilung und der Volumina von Nadelrundholzabschnitten, die in Poltern am Bestandesrand und als Transporteinheiten auf dem Lkw gelagert sind.
In umfangreichen Praxisversuchen wurden Fichten-Rundholzabschnitte der Abschnittslänge fünf und sechs Meter, die in Poltern an der Waldstraße gelagert waren, in einem Aufnahmeabstand von 10 m mit einer Digitalkamera fotografiert. Weiterhin wurden dieselben Abschnitte auf Transport-Lkws verladen und als Ladungen auf den Transport-Lkws fotografiert. Die Polter und Lkw-Ladungen enthielten insgesamt 1138 Fichten-Rundholzabschnitte, an denen mindestens eine der beiden sichtbaren Stirnflächen erfasst wurde. Aus den angefertigten Fotos wurden die Anzahl der Abschnitte gezählt und die einzelnen Abschnittsstirnflächen mit einer im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Bildauswertungsroutine computergestützt berechnet. Die fotografierten Abschnitte wurden zusätzlich innerhalb der Holzbereitstellungskette manuell (Kluppe), mechanisch-hydraulisch (Harvester) und opto-elektronisch (Werkeingangsvermessung) vermessen, um die foto-optisch ermittelten Dimensionsmaße mit den Maßen der forstlichen Praxis vergleichen und die Genauigkeit prüfen zu können.
Da die foto-optische Erfassung der Ladungen/Polter sich auf die sichtbaren Abschnittsstirnflächen beschränkte, wurden die Zusammenhänge zwischen foto-optisch ermittelten Stirnflächen und den zugehörigen Volumina auf statistischem Wege berechnet. Dabei musste berücksichtigt werden, dass die Abschnitte entlang ihrer Stammlängsachse unterschiedliche Querschnittsformen aufwiesen. Deshalb wurden die Abschnittsstirnflächen nach ihren Formen visuell in die Formklassen „rund“, „unrund“ und „Stirnflächen mit Wurzelanlauf“ eingeteilt. Weiter wurde untersucht, ob sich auf mathematischem Wege Stirnflächenvariablen herleiten ließen, mit denen das Ergebnis dieser durchgeführten visuellen Klassifikation bestätigt werden konnte.
Zur Beurteilung der Volumengenauigkeit des foto-optischen Verfahrens wurden die Volumina der einzelnen Abschnitte, die mit einem Bild aufgenommen wurden, zu einem Abschnittsvolumen pro Bild aufsummiert. Im Vergleich zu dem aus der Werkeingangsvermessung durch Aufsummieren ermittelten Abschnittsvolumen ergaben sich je Bild Volumenunterschiede von bis zu -5,8 % und bis zu +5,6 % in 95 % der Fälle.
Aus den foto-optischen Abbildungen der Stirnflächen ließen sich auch die zugehörigen Mittendurchmesser errechnen. Ihre Verteilung stimmte mit der Durchmesser- und Stärkeklassenverteilung der Abschnitte, die in der Werkeingangsvermessung ermittelt wurden, weitgehend überein. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen, dass das entwickelte foto-optische Vermessungsverfahren grundsätzlich den Forderungen eines waldnahen Kontrollmaßes entspricht und zu Dispositionszwecken von Forst- und Holzwirtschaft eingesetzt werden kann. Voraussetzung für die Einführung dieses foto-optischen Vermessungsverfahrens in die Praxis als rationelles, schnelles und genaues Vermessungs- und Dokumentationsverfahren sind jedoch bestimmte Verfahrensmodifikationen und -weiterentwicklungen bezüglich der Hardwarekomponenten und der automatisierten Bildverarbeitungsroutinen.


Kurzfassung in Englisch

During the last ten years the measurement of sawlog assortments (small to medium sized softwood logs of standard length) has shifted from the roadside to the mill gate of the wood processing industry. Determining the dimensions of the round wood by means of traditional, simple manual measurement procedures in the forest is prone to errors and costly. Thus, opto-electronic measurements on arrival at the sawmill increasingly support or replace these traditional measurement procedures. Differences between the volume calculated by saw mills’ and the volume assessed by forest owners are frequently due to the different methods of measurement as well as mixing and/or incomplete collection of the supplied quantity of timber.
The aim of this survey is the development of a quick, cheap, reliable and mobile measurement procedure that is based on optic and digital technologies in connection with computer based image analysis which is accepted by both sides, forest and wood industry, as a practicable means for measurement and dispositional purposes. This measurement and documentation procedure is required to be able to determine the quantity, diameter distribution and volumes of the softwood logs stored in stacks in the forest at the roadside or as transport units on trucks.
In extensive practical experiments spruce log stacks of five- and six-metre log length stored at the forest road were photographed with a digital camera from a distance of 10 metres. In addition, these logs were loaded on trucks and the load was photographed again as transport units on the trucks. The stacks and loads consisted of a total of 1138 spruce logs of which at least one of the two cross sections was photographed. The number of the logs was counted on the photographs and the areas of the individual cross sections were calculated by a computer-based picture evaluation routine developed in this survey. Furthermore, the photographed logs were measured manually (calliper), mechanio-hydraulically (harvester (HV)), and opto-electronically (WEV). Thereby, a comparison of the photo-optically determined dimension measures (cross section areas, volumes) to the measures of the forest practise and an examination of the accuracy was feasible.
As the photo-optical determination of transport units/stacks was limited to visible log cross section areas of the stacks/transport units and as, however, determination of volumes and dimension class grading requires knowledge of the log length and mid diameter, the relations between photo-optically determined cross section areas and the corresponding volumes were calculated statistically. Thereby, the change of the cross-section shape along the logs’ longitudinal axis had to be taken into consideration. Therefore, the cross sections were visually classified into ‘round’, ‘un-round’, and ‘cross sections with buttresses’ according to their shape. Additionally, the mathematical derivation of cross section area variables was examined which could furthermore proof the results obtained by the visual classifications.
Evaluating the volume accuracy of the photo-optical procedure, the volumes of the logs photographed in one picture were added up to one total log volume per picture. In comparison to the respective WEV log volume sums, the determined picture log volume sums deviated with a maximum of -5.8 % to +5.6 % per picture in 95 % of all.
Furthermore, the photo-optically determined volumes enabled calculation the log mid-diameters. The distribution of the photo-optically determined diameter quantities was mainly equal to the WEV distribution.
The results of this survey show that the photo-optical developed measurement procedure in this thesis can be used as a practicable means for volume measurements with acceptable accuracy in the forest. Preconditions for the realisation of this photo-optical measurement procedure as a suitable, i.e. rational, quick and accurate measurement and documentation procedure, however, are the following procedure modifications and further development of the hardware components and automated image processing routines.


SWD-Schlagwörter: Kurzholz , Vermessung , Forsttechnik , Logistik , Bildanalyse
Freie Schlagwörter (deutsch): Holzvermessung , Holzbereitstellung , Stammquerschnitt
Freie Schlagwörter (englisch): round wood measurement , wood procurement , cross section , image analysis
Institut: Inst. f. Forstbenutzung u. Forstliche Arbeitswiss.
Fakultät: Fakultät für Forst- und Umweltwissenschaften
DDC-Sachgruppe: Land- und Forstwirtschaft, Veterinärmedizin
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Becker, Gero (Prof. Dr. Dr. h.c.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 18.05.2004
Erstellungsjahr: 2004
Publikationsdatum: 08.07.2004
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