Quality Assessment of a Forest Inventory Based on Airborne Laser Scanning

In this study, a quality assessment method based on sampling of primary laser inventory units (microsegments) was analysed. The accuracy of a laser inventory carried out in Kuhmo was analysed as a case study. Field sample plots were measured on the sampled microsegments in the Kuhmo inventory area. Two main questions were considered. Did the ALS based inventory meet the accuracy requirements set for the provider and how should a reliable, cost-efficient and independent quality assessment be undertaken. The agreement between control measurement and ALS based inventory was analysed in four ways: 1) The root mean squared errors (RMSEs) and bias were calculated. 2) Scatter plots with 95% confidence intervals were plotted and the placing of identity lines was checked. 3) Bland-Altman plots were drawn so that the mean difference of attributes between the control method and ALS-method was calculated and plotted against average value of attributes. 4) The tolerance limits were defined and combined with Bland-Altman plots. The RMSE values were compared to a reference study from which the accuracy requirements had been set to the service provider. The accuracy requirements in Kuhmo were achieved, however comparison of RMSE values proved to be difficult. Field control measurements are costly and time-consuming, but they are considered to be robust. However, control measurements might include errors, which are difficult to take into account. Using the Bland-Altman plots none of the compared methods are considered to be completely exact, so this offers a fair way to interpret results of assessment. The tolerance limits to be set on order combined with Bland-Altman plots were suggested to be taken in practise. In addition, bias should be calculated for total area. Some other approaches for quality control were briefly examined. No method was found to fulfil all the required demands of statistical reliability, cost-efficiency, time efficiency, simplicity and speed of implementation. Some benefits and shortcomings of the studied methods were discussed.

Tässä tutkimuksessa analysoitiin laadunvalvontamenetelmää, joka perustuu laserinventoinnissa käytetyn yksikön (mikrosegmentin) otantaan. Lisäksi arvioitiin laserinventoinnin tarkkuutta tutkimusalueella Kuhmossa. Kontrolli-inventoinnissa mitattiin maastokoealoja, jotka sijoitettiin otantaan osuneille mikrosegmenteille. Keskeiset kysymykset olivat: saavutettiinko inventoinnin tuottajalle asetetut laatuvaatimukset ja kuinka inventointien laatua voidaan valvoa luotettavasti, kustannustehokkaasti ja riippumattomasti. Kontrollimittauksen ja laserinventoinnin yhdenmukaisuutta analysoitiin neljällä tavalla. 1) Laskettiin RMSE ja harhat. 2) Piirrettiin pistekuviot 95 % luottamusväleillä ja tarkistettiin suhde 1:1 viivaan. 3) Muodostettiin Bland-Altman kuvat laskemalla kontrollimittauksen ja laserkeilauksen attribuuttien erotusten keskiarvot ja kuvaamalla nämä vastaavien attribuuttien keskiarvoja vasten. 4) Toleranssirajat yhdistettiin Bland-Altman kuviin. RMSE arvoja verrattiin referenssitutkimukseen, johon Kuhmon laserinventoinnin laatuvaatimukset perustuivat. Asetetut laatuvaatimukset saavutettiin, mutta RMSE:n vertailu osoittautui vaikeaksi. Maastokontrollimittaukset ovat kalliita ja aikaa vieviä, mutta niitä pidetään oikeina. Kontrollimittaukset voivat kuitenkin sisältää virhelähteitä, joita voi olla vaikea ottaa huomioon laskennoissa. Bland-Altman kuvia käytettäessä, kumpaakaan vertailtavina olevista menetelmistä ei pidetä täysin tarkkana, siten ne tarjoavat oikeudenmukaista tulkintaa laadunvalvonnan tuloksille. Tässä tutkimuksessa esitettiin, että laadunvalvonnan tulkinnassa otettaisiin käyttöön Bland-Altman kuvat toleranssirajoilla, jotka sovitaan jo tilausvaiheessa. Lisäksi harha tulisi laskea erikseen koko inventointialueelle. Muitakin laadunvalvontamenetelmiä tarkasteltiin. Yksikään menetelmistä ei täytä kaikkia vaatimuksia tilastollisesta luotettavuudesta, kustannustehokkuudesta, lyhytkestoisuudesta, yksinkertaisesta ja nopeasta toteutuksesta. Joitain tarkasteltujen menetelmien etuja ja haittoja tuotiin kuitenkin esille.