REMOTE SENSING AND CITY INFORMATION MODELING FOR REVEALING THE COMPLEXITY OF HISTORICAL CENTERS

Abstract. Historical centers represent the outcome of transformations and stratifications of the cities across the centuries. The knowledge of a historical urban environment requires an analytical methodology articulated on several interconnected levels of investigation to model a multi-layered complexity that encompasses the geometric and stylistic features of places (blocks irregularities, narrow streets, stratified buildings), the accessibility (pedestrial zone, no flyzone), the use of existing data (GIS, cartographies). Today the challenge for historical centers is dual: on the one side to make use of expeditious technologies to acquire data, on the other one to create 3D city models that allow to manage, visualize, enquire and use these data in a unique digital ecosystem. Our research deals with a multi-sensor data acquisition, evaluation and integration with the aim of creating informed and responsive 3D city models (CIM) that constitute a synthesis of the survey conducted and become the support for simulations in various contexts (seismic risk, hydraulic, energy performance)

Terraced landscapes located in areas of great value for touristic purposes as an irreversible practice

Since Neolithic, terraced landscapes have been an essential element for moulding mountain or steep slope into habitable arable areas. Over the last decades, they have been subjected to a quick abandonment because of their inadequate economic competitiveness causing a gap in their maintenance and, consequently, incrementing the hydrogeological instability of those areas. Minori is a small municipality (256 ha), protected by UNESCO, located in Amalfi Coast. That area is well known not only for the beauty of its territory but also for some catastrophic raining events, like in 1954 when a rain shower of 500 mm topped up to 24 hours. The current research work intends to analyse the landscape changes in Minori over sixty year period (1956 - 2017) for assessing the new values taken on the land use and the agricultural sites. A detailed orthophoto and a high resolution Digital Elevation Model (DEM) of the study area have been reconstructed using the historical photogrammetric photos of 1954, acquired by the Italian Military Geographic Institute (IGM), and the aerial photogrammetric pictures of 2017, obtained by an own flight. DEM and orthophoto have been reconstructed applying Agisoft Photoscan Professional. The resolution of the generated DEM is equal to 0.48 and 0.1 m for 1956 and 2017, respectively. The orthophoto resolution is of 0.24 and 0.07 for 1956 and 2017, respectively. Comparing the generated products of the two periods, it is pointed out that terraces extension has not been amended, while the amount of human constructions have increased of about 800%. To give a first idea of the most vulnerable areas to be investigated more in depth through simulation procedures, a first proposal of an expeditious index of vulnerability (EVI) has been introduced and tested. It is based on the ratio between the amount of surface occupied by buildings and the amount of areas subjected to a debris flow event. The increase of the vulnerability, exposure values and probability of accident occurring involve a risk rise

Towards Geo Decision Support Systems for Renewable Energy Outreach

La Tierra se encuentra afectada por numerosos fenómenos tales como los desastres naturales, sobre urbanización, contaminación, etc. Todas estas actividades afectan enormemente a los recursos naturales del planeta llevando a la escasez de los mismos. Un tema especialmente relevante es el uso exhaustivo de energía fósil y su impacto negativo sobre nuestro medio ambiente. Resulta de este modo fundamental la búsqueda de nuevos recursos energéticos limpios para satisfacer nuestras necesidades y reducir la dependencia de recursos energéticos fósiles. La transformación de una infraestructura de generación de energía basada en recursos fósiles a otra basada en recursos energéticos renovables tales como eólica, solar y energía hidroeléctrica llevará a un mejor mantenimiento del medio ambiente ya que supondrá poco o ningún efecto en el calentamiento global por las emisiones, y a una reducción de la dependencia de fuentes de energía fósil. Las energías renovables son una fuente natural de energía que tiene importantes beneficios ya que proporciona un sistema de producción de energía confiable, con precios de la energía estables, puestos de trabajo especializados, y beneficios económicos y el medio ambiente. La energía solar es una de las mejores energías renovables. El sol es la fuente natural y fundamental de la existencia humana sobre la tierra y afecta a todos los procesos químicos, físicos y biológicos. Una hora de la energía del sol en la tierra es suficiente para alimentar a todo el planeta durante un año. La energía del sol o la radiación solar y su presencia geográfica determinan posibles inversiones en energía solar y las estrategias de desarrollo de las mismas. De este modo es esencial para poder proporcionar respuestas relacionadas con el "qué, quién, cuando y donde". Por ejemplo: ¿Cuál es el perfil de trabajo que mejor adapta a una posición gerencial de las energías renovables? ¿Dónde está el mejor lugar para invertir en huertos solares y/o parques eólicos? ¿En qué fecha se registra la más alta productividad? ¿Por qué este lugar no es apto para proyectos hidráulicos? ¿Por qué hay un bajón en la radiación solar en el año 2000 frente a 2012? Etc. En general, la toma de decisiones es el proceso de seleccionar la mejor opción viable de un conjunto de posibles maneras de hacer las cosas. Los Sistemas de Soporte de Decisión (del inglés Decision Support System, DSS) constituyen un ecosistema cognitivo que facilita la interacción entre los seres humanos y los datos para facilitar de forma profunda, significativa y útil la creación de soluciones efectivas en tiempo y costes. Grandes almacenamientos de Datos (Data warehousing), procesos de Extracción, Transformación y Carga (del inglés Extract Transform and Load, ETL) y la Inteligencia de Negocios (del ingles Business Intelligence, BI) son aspectos tecnológicos clave vinculados a la toma de decisiones. Además, la toma de decisiones en el contexto de la energía solar depende de Sistemas de Información Geográfica. Aunque la energía del Sol está disponible en todo el mundo, es evidente que la energía solar es más abundante cerca de los trópicos. Por ejemplo, una inversión en plantas de energía fotovoltaica en lugares cerca de los trópicos y del ecuador requerirá menos tiempo para su amortización. Dependiendo de la ubicación geográfica y las condiciones climáticas, la intensidad solar varía. Por esta razón, es importante seleccionar la ubicación adecuada que optimice la inversión teniendo en cuenta factores como la intensidad de la radiación solar, clima, tierras aptas y economía. Hay modelos como Global atlas y SimuSOLAR que dan información de idoneidad sobre la radiación solar y las ubicaciones. Sin embargo, estos modelos están restringidos a expertos, cubren áreas geográficas limitadas, no son aptos para casos de uso diferentes de los inicialmente previstos, y adolecen de falta de informes detallados e intuitivos para el público en general. El desarrollo de una cartografía extensa sobre la relación de zonas de sol y de sombra es un trabajo muy complejo que involucra diversos conceptos y retos de ingeniería, necesitando de la integración de diferentes modelos de datos, de calidad y cantidad heterogéneas, con limitaciones presupuestarias, etc. El objetivo de los trabajos de investigación desarrollados ha sido establecer la arquitectura de software para el desarrollo de Sistemas de Soporte de Decisión en el ámbito de las energías renovables en general, y de la energía solar en particular. La característica clave de este enfoque de arquitectura de software es ser capaz de proporcionar Sistemas de Soporte de Decisión que ofrezcan servicios de bajo coste ("low cost") en este contexto. Hagamos una analogía. Imagínese que usted está buscando comprar o alquilar una casa en España. Quiere analizar las características del edificio (por ejemplo dimensiones, jardín, más de una edificación en la parcela) y su entorno (por ejemplo, conexiones, servicios). Para realizar esta tarea puede utilizar los datos gratuitos proporcionados por la Oficina Virtual del Catastro de España junto con imágenes libres de un proveedor de ortofotografías (por ejemplo PNOA, Google o Bing) y datos contextuales libres procedentes de otros organismos locales, regionales y/o nacionales (por ejemplo el Ayuntamiento de Zaragoza, el Gobierno de Aragón, el proyecto Cartociudad). Si alguien integra todos estos orígenes de datos en un sistema (por ejemplo el cliente del servicio de mapas de la Infraestructura de Datos Espaciales de España, IDEE), tiene un Sistema de Soporte de Decisión "low cost" para comprar o alquilar una casa. Este trabajo de investigación tiene como objetivo el desarrollo de un enfoque de arquitectura de software que podría proporcionar un Sistema de Soporte de Decisión "low cost" cuando los consumidores necesitan tomar decisiones relacionadas con las energías renovables, en particular sistemas de energía solar, como podría ser la selección de la mejor opción para instalar un sistema solar, o decidir una inversión en una granja solar comunitaria. Una parte importante de este proceso de investigación ha consistido en el análisis sobre la idoneidad de las tecnologías vinculadas a Grandes almacenamientos de Datos y procesos de Extracción, Transformación y Carga para almacenar y procesar gran cantidad de datos históricos referentes a la energía, e Inteligencia de Negocios para la estructuración y presentación de informes. Por otro lado, ha sido necesario centrar el trabajo en modelos de negocio abierto (infraestructura de servicios web, modelos de datos 3D, técnicas de representación de datos sobre zonas de sol y sombra, y fuentes de datos) para el desarrollo económico del producto. Además, este trabajo identifica casos de uso donde los Sistemas de Soporte de Decisión deben ser el instrumento de resolución de problemas de mercado y de problemas científicos. Por lo tanto, esta tesis tiene como objetivo enfatizar y adoptar las tecnologías citadas para proponer un Sistema de Soporte de Decisión completo para un mejor uso potencial de las energías renovables que denominamos REDSS (del inglés Renewable Energy Decision Support System). El trabajo de investigación ha sido desarrollado con el objeto de encontrar respuestas a las siguientes preguntas de investigación: Preguntas relacionadas a los datos: - ¿Cómo elegir el proceso de creación de datos más adecuado para crear modelos geográficos cuyo coste económico sea razonable? Preguntas relacionadas con la tecnología: - ¿Qué limitaciones tecnológicas actuales tienen las herramientas computacionales para el cálculo de la intensidad y sombra solar? - ¿Cómo se puede adaptar conceptos como Grandes almacenamientos de Datos y la Inteligencia de Negocios en el campo de las energías renovables? - ¿Cómo estructurar y organizar datos relacionados con la intensidad solar y la sombra? - ¿Cuáles son las diferencias significativas entre el método propuesto y otros servicios globales existentes? Preguntas relacionadas con casos de uso: - ¿Cuáles son los casos de uso de REDSS? - ¿Cuáles son los beneficios de REDSS para expertos y público en general? Para darle una forma concreta a la contribución y el enfoque propuesto, se ha desarrollado un prototipo denominado Energy2People basado en principios de Inteligencia de Negocio que no sólo proporciona datos de localización avanzada sino que es una base sobre la que para desarrollar futuros productos comerciales. En su conformación actual, esta herramienta ayuda a descubrir y representar las relaciones de datos clave en el sector de las energías renovables y, permite descubrir al público en general relaciones entre los datos en casos donde no era evidente. Esencialmente, el enfoque propuesto conduce a un aumento en el rendimiento de gestión y visualización de datos. Las principales aportaciones de esta tesis pueden resumirse como siguen: - En primer lugar, esta tesis hace una revisión de varios modelos de sol-sombra de código abierto y cerrado para identificar el alcance de la necesidad de modelos de decisión y de su soporte efectivo. Además, proporciona información detallada sobre fuentes de información gratuita relacionada con datos de radiación solar. - En segundo lugar, se plantea un armazón conceptual para el desarrollo de modelos geográficos de bajo coste. Como ejemplo de la aplicación de esta aproximación se ha desarrollado un modelo de bajo coste de ciudad virtual 3D utilizando datos catastrales públicamente disponibles vía servicios Web. - En tercer lugar, este trabajo propone el uso de REDSS al problema de la toma de decisiones en el campo de la energía solar. Este modelo también cuenta con otros puntos distinguibles como los enfoques de co-creación y Mix-and-match. - En cuarto lugar, esta tesis identifica varios escenarios de aplicaciones reales y varios tipos de actores que deberían salir beneficiados por la aplicación de esta estrategia. - Por último, esta tesis presenta el prototipo "Enery2People" desarrollado para explorar datos de localización de la radiación solar y eventos temporales que sirve como ejemplo práctico de la aproximación planteada en esta tesis. Para hacer más claro el potencial del enfoque propuesto, este prototipo es comparado con otros Atlas Internacionales de la energía renovable

RECONSTRUCCIONES DIGITALES – UNA METODOLOGÍA PARA EL ESTUDIO, CONSERVACIÓN Y DIVULGACIÓN DEL PATRIMONIO ARQUITECTÓNICO

[EN] The architectural heritage is a particular case from the immaterial and material assets, movable or immovable, constituents of the cultural heritage. It is presented as a complex system with a continuous historical process, which can not be dissociated from its surroundings (Brusaporci 2015). In order to study, preserve and disseminate the past and present reality of this type of heritage, it was developed a digital recostruction methodology, able to adapt to each specific case, both in the object nature and in the representation objectives. This is only possible due to the last decade technological advances, that, alongside with the hardware and software development, led to the digital heritage definition. In order to disclose and discuss the proposed methodology, is presented digital reconstructions of monuments that have marked and still mark the image of the city of Lisbon. European city, capital of Portugal, country of aqueducts, rich in religious and military architecture. To cover their specific needs, taking into account their different natures, is presented the following case studies: 1) particular case of an extensive monument - the Águas Livres Aqueduct - and the case of territory circumscribed monuments in different preservation states (demolished, remains or existent). This last includes three representative convents of Lisbon’s religious houses: the Nossa Senhora da Piedade da Esperança Convent, the Santíssima Trindade Convent and the Santo Antão-o-Velho College. The developed digital reconstructions were based on the London’s Charter and Principles of Seville, in order to ensure the intellectual and technical rigor, as well as the methodological computer-methods visualization work sturdiness. Thus, the developed methodology is scientific, cyclical and flexible based on the creation of digital models with associative and parametric geometry - BIM models (Building Information Model) - intended to include the architectural heritage study, conservation and dissemination.[ES] El patrimonio arquitectónico es un caso particular entre los bienes inmateriales y materiales, muebles e inmuebles constituyentes del patrimonio cultural. Se presenta como un proceso histórico continuo que no puede ser descotextualizado de su entorno (Brusaporci 2015). Con la intención de estudiar, preservar y divulgar la realidad pasada y presente de este tipo de patrimonio, fue desarrolada una metodología de reconstrucción digital capaz de adaptarse a cada caso concreto, tanto por la naturaleza del objeto estudiado como por el objetivo final de su representación que apenas es posible por los avances tecnológicos de la última década que llevarán al nacimiento del concepto de património digital y, paralelamente la innovación y/o perfeccionamiento del hardware y software próprio. La manera de exponer y discutir una metodólogia desarrollada que muestra las reconstruccines digitales de los monumentos que marcan la imagen de la ciudad de Lisboa. Por la forma de cubrir sus necesidades específicas y teniendo en cuenta sus distintas naturalezas será mostrado el caso particular de un monumento en concreto, el Acueducto de las Águas Livres, el caso de monumentos circunscritos en el territorio de los distintos estados de conservación con tres conventos representativos del universo de los conventos de Lisboa: El convento de nuestra señora de la Piedad de la Esperanza, el convento de la Santísima Trinidad y el colegio de San Antonio Viejo. Las reconstrucciones virtuales elaboradas tuvieron como base la Carta de Atenas y los principios de Sevilla como forma de asegurar el rigor intelectual y técnico así como la solided metodológica del trabajo de visualización informatizada. De este modo, la metodología desarrolada, científica de manera cíclica y flexible basada en la creación de los modelos digitales de geometría asociativa y paramétrica. Modelos BIM (Building Information Model) pretende abarcar las vertientes del estudio, conservación y divulgación del patrimonio arquitectónico.Gil, A. (2016). DIGITAL RECONSTRUCTIONS - A METHODOLOGY FOR THE STUDY, PRESERVATION AND DISSEMINATION OF ARCHITECTURAL HERITAGE. En 8th International congress on archaeology, computer graphics, cultural heritage and innovation. Editorial Universitat Politècnica de València. 44-55. https://doi.org/10.4995/arqueologica8.2016.2982OCS445

Urban design strategies for the upcycling of urban infrastructure residual pockets: 3D city modelling from open data and low-cost rapid mapping tools

This paper deals with the 3D City Modelling specific procedure developed as a tool to support strategies for urban regeneration, within the framework of the B-ROAD research project. The B-ROAD research project, whose acronym stands for Below the Road, is developing urban design strategies for upcycling urban infrastructure residual pockets. The B-ROAD’s methodology is conceived as research by design as it is carried out by creating pilot scenarios, disclosing the latent and still unexpressed potential of these wasted areas and displaying their potential transformations, to turn them into precious resources for the contemporary city. The 3D City Modelling of the study area has proved to be essential and strategic yet often complex and critical as most of the spatial and architectural features of B-ROAD spaces, as well as their potential, cannot be detected nor represented through the traditional means of representation of urbanised land, as aerial survey-based representations, or GIS. Likewise, traditional, or even cutting-edge, survey techniques that can be used to acquire missing data are often costly and time-consuming, thus making it hardly impossible to achieve the purpose of extensive and deep knowledge of such a vast area. Thus, 3D City Modelling aimed at examining spaces and providing a final representation of pilot scenarios has been a crucial stage requiring a specific in-depth study

URBAN DESIGN STRATEGIES FOR THE UPCYCLING OF URBAN INFRASTRUCTURE RESIDUAL POCKETS: 3D CITY MODELLING FROM OPEN DATA AND LOW-COST RAPID MAPPING TOOLS

This paper deals with the 3D City Modelling specific procedure developed as a tool to support strategies for urban regeneration, within the framework of the B-ROAD research project.The B-ROAD research project, whose acronym stands for Below the Road, is developing urban design strategies for upcycling urban infrastructure residual pockets.The B-ROAD’s methodology is conceived as research by design as it is carried out by creating pilot scenarios, disclosing the latent and still unexpressed potential of these wasted areas and displaying their potential transformations, to turn them into precious resources for the contemporary city.The 3D City Modelling of the study area has proved to be essential and strategic yet often complex and critical as most of the spatial and architectural features of B-ROAD spaces, as well as their potential, cannot be detected nor represented through the traditional means of representation of urbanised land, as aerial survey-based representations, or GIS. Likewise, traditional, or even cutting-edge, survey techniques that can be used to acquire missing data are often costly and time-consuming, thus making it hardly impossible to achieve the purpose of extensive and deep knowledge of such a vast area. Thus, 3D City Modelling aimed at examining spaces and providing a final representation of pilot scenarios has been a crucial stage requiring a specific in-depth study.</p

AN EXPEDITIOUS PARAMETRIC APPROACH FOR CITY INFORMATION MODELING AND FINITE ELEMENT ANALYSIS

Abstract. The mitigation of seismic risk passes through the assessment of seismic hazard of urban fabrics on a given territory. Statistical methods and damage probability matrices are currently used to facilitate seismic safety knowledge and assessment operations. These methods, despite being fast and low cost, often return results that differ from reality and prone to the expertise of the operator. Indeed, in order to have more accurate information it is necessary to conduct Finite Element Analysis (FEA). However, this type of analysis requires considerable surveying and modeling time and therefore are not easily applied to the urban scale. The key to implement this analysis at the territorial scale lies in the way of acquisition of urban data (geometric and informative) and their management within appropriate modeling environments that allow their treatment. Currently, the information modeling paradigms used for urban data collection and management are either time and resource consuming (HBIM) or overly simplified (GIS). In this research we investigate the potential of City Information Modeling (CIM) in a parametric environment (with reference to CityGML standards) combined with urban survey procedures. Aim of the work presented here is the definition of a parametric modeling protocol that allows, in a short time, the acquisition, modeling and finite element structural analysis of urban aggregates

2nd International Workshop: Zero Pollution – Make it Real

The large share of energy consumed at the industrial level is derived from fossil, nuclear and renewable sources. Fossil fuels are identified as one of the main sources of carbon emissions and cause of climate change. Global carbon dioxide (CO2) emissions from fossil fuels and industry have increased considerably since 2000, and in 2019 reached a record high of 36.7 billion metric tons of CO2. Environmental issues, especially climate change, have become hot topics around the world in recent years due to the magnitude and scope of their impacts. Carbon dioxide and greenhouse gases emitted by human activities, particularly related to energy consumption, have changed weather patterns around the world, causing extreme weather conditions such as hurricanes, drought, excessive rainfall and unusual temperatures. Many countries are trying to diversify the focus of primary energy sources, from fossil fuels to other sources, notably renewable energy. This situation has a particular interest in a global crisis arising from the war in Europe. The sources of energy must be diversified. EU Green Week is an annual event where the objective is to debate European environmental policy towards a resourceefficient and climate-neutral Europe by 2050. This year’s edition focuses on the European Green Deal and puts three important aspects into highlight the circular economy, zero pollution and biodiversity. In Viseu, the good practices role in the industry towards zero pollution, with particular focus in the efficient energy usage and resilient practices, was discussed.A grande parte da energia consumida a nível industrial provém de fontes fósseis, nucleares e renováveis. Estes são identificados como uma das principais fontes de emissões de carbono e causa das alterações climáticas. As emissões globais de dióxido de carbono (CO2) provenientes de combustíveis fósseis e indústria aumentaram consideravelmente desde 2000, tendo em 2019 atingido um recorde de 36,7 mil milhões de toneladas de CO2. As questões ambientais, especialmente as alterações climáticas, tornaram-se temas quentes em todo o mundo nos últimos anos devido à magnitude e alcance dos seus impactos. O dióxido de carbono e os gases com efeito de estufa emitidos pelas atividades humanas, particularmente relacionadas com o consumo de energia, alteraram os padrões climáticos em todo o mundo, causando condições climáticas extremas, como furacões, secas, chuvas excessivas e temperaturas incomuns. Muitos países estão a tentar diversificar o foco das fontes de energia primárias, desde os combustíveis fósseis até outras fontes, nomeadamente as energias renováveis. Esta situação tem um interesse particular numa crise global decorrente da guerra na Europa. As fontes de energia devem ser diversificadas. A Semana Verde da União Europeia (EU) é um evento anual onde o objetivo é debater a política ambiental europeia rumo a uma Europa eficiente em termos de recursos e neutra para o clima até 2050. A edição deste ano centra-se no Green Deal Europeu e coloca três aspetos importantes em destaque na economia circular, na poluição zero e na biodiversidade. Em Viseu, discutiu-se o papel das boas práticas na indústria para a poluição zero, com especial enfoque no uso eficiente da energia e nas práticas resilientes.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Mapping speditivo da sensori mobili per il controllo della conservazione dei valori paesaggistici del territorio. Quick mapping by mobile sensors for landscape values monitoring and conservation

Geomatics researches, applied to architecture and landscape, are becoming increasingly focused on development of innovation in survey techniques and digital data management. Quick techniques are sought, with a high level of automation and versatility, to support knowledge management and protection of cultural heritage, be it referred to artistic and architectural heritage or, overall, to whole varied landscape assets, in so such highest density in the country as to consider Heritage itself. The investigation and conservation initiatives in the field of landscape heritage must constantly deal with many conditions of risk exposure, and that is not always possible to make up with preventive protection, whether if it is a constant risk like that intrinsic to the status of the property, or sudden and unforeseen risks, or if it is only partially predictable, determined by an environmental emergency. In these test-sites, which have a typical vulnerability resulting from their intrinsic conditions of exposure to risk, is interesting to experiment and combine technological research with the public interest for the protection and preservation of the value of the asset. This paper is intended for the testing of systems for the expeditious acquisition of spatial data in a outstanding test site, an area of the Cinque Terre, devastated by the flood of autumn 2011 Le ricerche della Geomatica applicata all’Architettura e al paesaggio, sono mirati sempre più allo sviluppo dell’innovazione nel campo delle tecniche di acquisizione dei dati e della loro gestione digitale; si ricercano metodi speditivi, con elevati gradi di automazione e versatili, per il supporto alla gestione della conoscenza e della tutela del patrimonio culturale, che sia esso riferito ai beni artistico-architettonici o in senso più ampio all’insieme variegato dei beni paesaggistici, ad elevatissima densità nel territorio nazionale tanto da considerarlo Patrimonio esso stesso. Le indagini e le iniziative di conservazione in materia di patrimonio paesaggistico devono costantemente fronteggiare le innumerevoli condizioni di rischio cui esso è esposto, e cui non sempre si riesce a sopperire con una tutela preventiva. sia esso un rischio costante come quello intrinseco allo status del bene, oppure rischi improvvisi e imprevedibili, o solo parzialmente prevedibili, determinati da una emergenza ambientale. E’ in questi test-site, che possiedono una tipica vulnerabilità derivante dalle loro intrinseche condizioni di esposizione al rischio, che risulta interessante sperimentare e combinare la ricerca tecnologica con l’interesse collettivo di tutela e conservazione del valore del bene stesso. Il presente contributo ha per obiettivo la sperimentazione di sistemi speditivi di acquisizione dei dati spaziali in un test site d’eccezione, un’area delle Cinque Terre devastata dall’alluvione dell’autunno 2011

Optimizing the Sampling Area across an Old-Growth Forest via UAV-Borne Laser Scanning, GNSS, and Radial Surveying

Aboveground biomass, volume, and basal area are among the most important structural attributes in forestry. Direct measurements are cost-intensive and time-consuming, especially for old-growth forests exhibiting a complex structure over a rugged topography. We defined a methodology to optimize the plot size and the (total) sampling area, allowing for structural attributes with a tolerable error to be estimated. The plot size was assessed by analyzing the semivariogram of a CHM model derived via UAV laser scanning, while the sampling area was based on the calculation of the absolute relative error as a function of allometric relationships. The allometric relationships allowed the structural attributes from trees’ height to be derived. The validation was based on the positioning of a number of trees via total station and GNSS surveys. Since high trees occlude the GNSS signal transmission, a strategy to facilitate the positioning was to fix the solution using the GLONASS constellation alone (showing the highest visibility during the survey), and then using the GPS constellation to increase the position accuracy (up to PDOP~5−10). The tree heights estimated via UAV laser scanning were strongly correlated (r2 = 0.98, RMSE = 2.80 m) with those measured in situ. Assuming a maximum absolute relative error in the estimation of the structural attribute (20% within this work), the proposed methodology allowed the portion of the forest surface (≤60%) to be sampled to be quantified to obtain a low average error in the calculation of the above mentioned structural attributes (≤13