Original Title: Using Tree Detection Algorithms to Predict Stand Sapwood Area, Basal Area and Stocking Density in Eucalyptus regnans Forest
Source: doi.org/10.3390/rs70607298
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ការប្រើប្រាស់ក្បួនដោះស្រាយការរាវរកដើមឈើដើម្បីទស្សន៍ទាយផ្ទៃសាច់ឈើ (Sapwood Area) ផ្ទៃបាត (Basal Area) និងដង់ស៊ីតេស្តុក (Stocking Density) នៅក្នុងព្រៃ Eucalyptus regnans

ចំណងជើងដើម៖ Using Tree Detection Algorithms to Predict Stand Sapwood Area, Basal Area and Stocking Density in Eucalyptus regnans Forest

អ្នកនិពន្ធ៖ Dominik Jaskierniak (University of Melbourne), George Kuczera (University of Newcastle), Richard Benyon (University of Melbourne), Luke Wallace (University of Tasmania)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2015, Remote Sensing

វិស័យសិក្សា៖ Forestry and Remote Sensing

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ អ្នកគ្រប់គ្រងតំបន់ព្រៃឈើដែលផ្គត់ផ្គង់ទឹក (Forested water supply catchments) ត្រូវការវិធីសាស្ត្រច្បាស់លាស់ និងមានប្រសិទ្ធភាពដើម្បីវាស់ស្ទង់ពីការផ្លាស់ប្តូរនៃការប្រើប្រាស់ទឹករបស់ព្រៃឈើ បន្ទាប់ពីមានការរំខានដោយសារការកាប់ឈើ ឬភ្លើងឆេះព្រៃ។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ការសិក្សានេះប្រើប្រាស់ទិន្នន័យពីបច្ចេកវិទ្យាពន្លឺឡាស៊ែរ (LiDAR) និងអនុវត្តក្បួនដោះស្រាយការរាវរកដើមឈើនីមួយៗ (Individual Tree Detection - ITD) ដើម្បីទស្សន៍ទាយលក្ខណៈរូបសាស្ត្រ និងរចនាសម្ព័ន្ធព្រៃឈើ។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Local Maximum Filtering (LMF)
វិធីសាស្ត្រចម្រោះយកចំណុចខ្ពស់បំផុតក្នុងតំបន់
មានដំណើរការលឿន ទាមទារថាមពលកុំព្យូទ័រតិច និងមានកំហុសវិភាគដើមឈើតែមួយជាពីរ (over-segmentation) ទាបបំផុត (ត្រឹមតែ ២%) ដែលស័ក្តិសមសម្រាប់ធ្វើការលើផ្ទៃដីធំទូលាយ។ អាចរំលងដើមឈើតូចៗច្រើន (omission error ២៥%) ជាពិសេសនៅក្នុងតំបន់ព្រៃដែលមានដង់ស៊ីតេដើមឈើដុះក្រាស់ និងកៀកៗគ្នា។ អាចរកឃើញដើមឈើនីមួយៗបានយ៉ាងត្រឹមត្រូវក្នុងអត្រា ៧២%។
Normalised Cut (NCut) segmentation
វិធីសាស្ត្រកាត់បំបែកតាមលក្ខណៈស្តង់ដារដើម្បីកំណត់រូបរាងដើមឈើ 3D
អាចទស្សន៍ទាយផ្ទៃបាត (Basal Area) និងផ្ទៃសាច់ឈើ (Sapwood Area) បានច្បាស់លាស់ និងលម្អិតជាងវិធីសាស្ត្រចាស់ ដោយយកចិត្តទុកដាក់លើរចនាសម្ព័ន្ធដើមឈើនីមួយៗ។ ទាមទារថាមពលកុំព្យូទ័រខ្លាំងបំផុត (មានតម្លៃខ្ពស់) និងមានកំហុសក្នុងការកាត់បំបែកដើមឈើធំមួយជាពីរច្រើន (១២%) សម្រាប់តំបន់ដែលមានចន្លោះប្រហោងព្រៃធំៗ។ អត្រារកឃើញដើមឈើបានត្រឹមត្រូវមាន ៦៨% ប៉ុន្តែអាចពន្យល់ពីបម្រែបម្រួលនៃផ្ទៃបាត (Basal Area) បានល្អជាងវិធីសាស្ត្រមុនពី ៧% ទៅ ៣០%។
Area-based mixture distribution functions
វិធីសាស្ត្រផ្អែកលើផ្ទៃដីដោយប្រើអនុគមន៍បែងចែកចម្រុះ (វិធីសាស្ត្រគោល)
មិនសូវស្មុគស្មាញ និងមិនតម្រូវឱ្យមានការកំណត់ទីតាំងដើមឈើនីមួយៗ (Individual Tree Detection) នោះទេ ដែលធ្វើឱ្យវាងាយស្រួលប្រើសម្រាប់ទិន្នន័យកម្រិតទាប។ ភាពត្រឹមត្រូវនៃការប៉ាន់ស្មានលក្ខណៈរូបសាស្ត្រព្រៃឈើ (ដូចជា Basal Area) មានកម្រិតទាប ព្រោះមិនបានបំបែកចំណុចទិន្នន័យដែលជាដើមឈើនៅក្រៅព្រំប្រទល់ដីវាស់ស្ទង់។ មានភាពត្រឹមត្រូវទាបជាងក្បួនដោះស្រាយ NCut ជាមធ្យម ៩% ក្នុងការគណនាផ្ទៃបាត (Basal Area)។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការសិក្សានេះទាមទារធនធានកុំព្យូទ័រខ្ពស់ខ្លាំង ជាពិសេសសម្រាប់ដំណើរការក្បួនដោះស្រាយ NCut ដែលតម្រូវឱ្យប្រើប្រាស់កុំព្យូទ័រមេខ្នាតធំ (Mainframe Computer)។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះត្រូវបានធ្វើឡើងនៅក្នុងព្រៃ Eucalyptus regnans ដែលមានអាយុកាល ៦៩-៧៣ ឆ្នាំ ក្នុងរដ្ឋ Victoria ប្រទេសអូស្ត្រាលី ដែលជាប្រភេទព្រៃមានដើមឈើខ្ពស់ៗខ្លាំង (រហូតដល់ >៧៥ម៉ែត្រ) និងមានអាយុកាលប្រហាក់ប្រហែលគ្នា។ សម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជា ទិន្នន័យនេះអាចមានដែនកំណត់បន្តិច ដោយសារព្រៃឈើនៅកម្ពុជាភាគច្រើនជាព្រៃត្រូពិចចម្រុះ (Tropical mixed forests) ដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធស្មុគស្មាញ និងមានកម្ពស់ឬអាយុដើមឈើចម្រុះគ្នា។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

ទោះបីជាប្រភេទព្រៃឈើខុសគ្នាក៏ដោយ បច្ចេកវិទ្យា LiDAR និងវិធីសាស្ត្រវិភាគទាំងនេះមានសក្តានុពលខ្ពស់សម្រាប់ការគ្រប់គ្រងព្រៃឈើទំនើបនៅកម្ពុជា។

សរុបមក ការសកល្បងយកវិធីសាស្ត្រ LMF មកប្រើប្រាស់ជាមួយទិន្នន័យ LiDAR នៅកម្ពុជា អាចជួយសន្សំសំចៃធនធាន និងពេលវេលាបានយ៉ាងច្រើនក្នុងការវាយតម្លៃស្តុកព្រៃឈើ និងស្រាវជ្រាវបរិស្ថាន។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃទិន្នន័យ LiDAR: និស្សិតគួរស្វែងយល់ពីរបៀបដំណើរការនៃទិន្នន័យពពកចំណុច (Point Cloud Data) ដោយទាញយកទិន្នន័យគំរូដោយឥតគិតថ្លៃពីគេហទំព័រដូចជា OpenTopography ឬ EarthExplorer មកធ្វើការស្វែងយល់ពីរចនាសម្ព័ន្ធទិន្នន័យ (.las ឬ .laz)។
  2. អនុវត្តការសរសេរកូដវិភាគទិន្នន័យ: ចាប់ផ្តើមរៀនសរសេរកូដក្នុងកម្មវិធី R ដោយប្រើប្រាស់កញ្ចប់ lidR ឬប្រើប្រាស់ Python ជាមួយបណ្ណាល័យ PDAL និង Laspy ដើម្បីសម្អាត កាត់ចំណាត់ថ្នាក់ដី (Ground classification) និងបង្កើតម៉ូដែល CHM (Canopy Height Model)។
  3. សាកល្បងក្បួនដោះស្រាយ រាវរកដើមឈើ (LMF): ប្រើប្រាស់មុខងារស្វែងរកចំណុចខ្ពស់បំផុត (Local Maximum) នៅក្នុងកញ្ចប់ R lidR ទៅលើម៉ូដែល CHM ដែលបានបង្កើត ដើម្បីសាកល្បងរាប់ចំនួនដើមឈើនៅក្នុងផ្ទៃដីសាកល្បងតូចមួយ (ឧ. ១ហិកតា) ដោយកំណត់ទំហំផ្ទាំងស្វែងរក (Search Window) ឱ្យសមស្របនឹងទំហំមកុដព្រៃឈើនៅកម្ពុជា។
  4. កសាងម៉ូដែលទស្សន៍ទាយលក្ខណៈព្រៃឈើ (Regression Models): ប្រមូលទិន្នន័យវាស់វែងជាក់ស្តែងពីកន្លែង (Field Data) ដូចជាទំហំដើម (DBH) ហើយប្រើប្រាស់បច្ចេកទេស Ridge Regression ឬ Machine Learning ក្នុង scikit-learn របស់ Python ដើម្បីបង្កើតទំនាក់ទំនងវាងសន្ទស្សន៍ LiDAR និងផ្ទៃបាត (Basal Area)។
  5. បង្កើនសមត្ថភាពវិភាគខ្នាតធំ (Cloud Computing): ដោយសារតែទិន្នន័យ LiDAR ទាមទារ RAM កុំព្យូទ័រធំ និស្សិតគួរសិក្សាពីបច្ចេកទេសបែងចែកទិន្នន័យជាផ្ទាំងតូចៗ (Tiling) និងសាកល្បងដំណើរការកូដរបស់ខ្លួននៅលើប្រព័ន្ធ Cloud ដូចជា Google Earth EngineAWS ដើម្បីត្រៀមខ្លួនសម្រាប់គម្រោងខ្នាតជាតិ។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Light Detection and Ranging (LiDAR) បច្ចេកវិទ្យាប្រើប្រាស់ពន្លឺឡាស៊ែរបាញ់ពីយន្តហោះ ដ្រូន ឬផ្កាយរណបមកផ្ទៃដី ដើម្បីវាស់ចម្ងាយយ៉ាងច្បាស់លាស់ និងបង្កើតជាទិន្នន័យចំណុច 3D (Point Cloud) នៃរចនាសម្ព័ន្ធព្រៃឈើ និងដី។ ដូចជាសត្វប្រចៀវប្រើសំឡេងខ្ទាតត្រឡប់មកវិញដើម្បីដឹងពីទីតាំងឧបសគ្គនៅពេលយប់ ប៉ុន្តែបច្ចេកវិទ្យានេះប្រើពន្លឺឡាស៊ែរជំនួសវិញដើម្បីគូរផែនទីព្រៃឈើ។
Individual Tree Detection (ITD) ជាក្បួនដោះស្រាយកុំព្យូទ័រដែលវិភាគលើទិន្នន័យ 3D ដើម្បីញែក កំណត់ទីតាំង និងរាប់ចំនួនដើមឈើនីមួយៗដាច់ដោយឡែកពីគ្នានៅក្នុងតំបន់ព្រៃដ៏ធំមួយ។ ដូចជាកម្មវិធី Face ID ដែលអាចស្កេននិងញែកមុខមនុស្សម្នាក់ៗនៅក្នុងរូបថតដែលមានមនុស្សរាប់រយនាក់។
Local Maximum Filtering (LMF) វិធីសាស្ត្រក្នុងការវិភាគទិន្នន័យដោយស្វែងរកចំណុចដែលខ្ពស់ជាងគេបំផុតនៅក្នុងតំបន់ផ្ទាំងក្រណាត់ (Grid) តូចមួយ ដែលចំណុចខ្ពស់បំផុតនោះត្រូវបានសន្មតថាជាចុងកំពូលនៃដើមឈើមួយដើម។ ដូចជាការដើររកមើលសិស្សដែលខ្ពស់ជាងគេបំផុតនៅក្នុងក្រុមតូចៗនីមួយៗ ដើម្បីរាប់ថាតើមានប៉ុន្មានក្រុម។
Normalised Cut (NCut) ក្បួនដោះស្រាយគណិតវិទ្យាដ៏ស្មុគស្មាញដែលកាត់បំបែកទិន្នន័យ 3D ជាផ្នែកៗ ដោយប្រមូលផ្តុំចំណុច (Voxels) ដែលនៅកៀកគ្នា និងមានលក្ខណៈស្រដៀងគ្នាចូលជាក្រុមតែមួយ ដើម្បីបង្កើតជារូបរាងមកុដដើមឈើ។ ដូចជាការបែងចែកសិស្សរាប់ពាន់នាក់នៅទីធ្លា ដោយចងក្រងអ្នកដែលឈរកៀកគ្នាបំផុតឱ្យចូលជាក្រុមរង្វង់តែមួយ ដើម្បីងាយស្រួលរាប់។
Sapwood Area ផ្ទៃក្រឡានៃសាច់ឈើផ្នែកខាងក្រៅ (រវាងសំបក និងស្នូលឈើ) ដែលមានមុខងារដឹកនាំទឹកពីឫសទៅកាន់ស្លឹក ដែលអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រប្រើវាដើម្បីគណនាពីបរិមាណទឹកដែលព្រៃឈើនោះស្រូបយក។ ដូចជាទំហំនៃបំពង់ទុយោទឹកនៅក្នុងផ្ទះ ប្រសិនបើមុខកាត់បំពង់កាន់តែធំ ទឹកក៏អាចហូរបានកាន់តែច្រើន។
Basal Area ទំហំផ្ទៃក្រឡាសរុបនៃមុខកាត់ដើមឈើទាំងអស់ក្នុងមួយហិកតា ដែលជាទូទៅវាស់នៅកម្ពស់ដើមទ្រូងមនុស្ស (១.៣ម៉ែត្រ) ត្រូវបានប្រើសម្រាប់វាយតម្លៃដង់ស៊ីតេ និងទំហំឈើក្នុងព្រៃ។ ប្រសិនបើយើងកាត់រំលំដើមឈើទាំងអស់ក្នុងចម្ការត្រឹមចង្កេះ ហើយយកផ្ទៃមុខកាត់របស់គល់ឈើទាំងអស់នោះមកបូកបញ្ចូលគ្នា នោះហើយគឺជា Basal Area។
Canopy Height Model (CHM) ម៉ូដែលផ្ទៃរាបឌីជីថល (Raster) ដែលបង្ហាញតែពីកម្ពស់ពិតប្រាកដរបស់រុក្ខជាតិ ដោយយកទិន្នន័យផ្ទៃខាងលើបង្អស់របស់ព្រៃ ដកជាមួយនឹងកម្ពស់ផ្ទៃដីខាងក្រោមចេញ។ ដូចជាការយកកម្ពស់សរុបរបស់មនុស្សម្នាក់ដែលឈរលើកៅអី ដកកម្ពស់កៅអីនោះចេញ ដើម្បីទទួលបានកម្ពស់ពិតរបស់មនុស្សនោះ។
Voxel ប្រអប់គូបតូចៗក្នុងទម្រង់ 3D (Volumetric pixel) ដែលគេប្រើសម្រាប់បែងចែកលំហទិន្នន័យព្រៃឈើ ដើម្បីងាយស្រួលដល់កុំព្យូទ័រក្នុងការវិភាគនិងគណនារូបរាងដោយប្រើក្បួនដោះស្រាយ (ដូចជា NCut)។ ដូចជាដុំឡេហ្គោ (Lego) តូចៗដែលគេយកមកតម្រៀបផ្គុំគ្នា ដើម្បីបង្កើតជារូបរាងផ្ទះ ឬដើមឈើក្នុងកុំព្យូទ័រ 3D។
Ridge regression បច្ចេកទេសស្ថិតិសម្រាប់បង្កើតម៉ូដែលទស្សន៍ទាយ (Predictive Model) ដែលជួយដោះស្រាយបញ្ហាទិន្នន័យដែលមានអថេរច្រើនពេក ដោយកាត់បន្ថយឥទ្ធិពលនៃអថេរដែលមិនសូវសំខាន់ ដើម្បីចៀសវាងបញ្ហា Over-fitting។ ដូចជាការដាក់ពិន័យដល់សិស្សដែលរៀនទន្ទេញចាំមាត់តែមិនយល់ ដើម្បីបង្ខំឱ្យពួកគេចេះគិតវិភាគរកចម្លើយដោយខ្លួនឯងសម្រាប់សំណួរថ្មីៗនៅថ្ងៃប្រឡង។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖