Les mesures par téléphone fournissent des informations rapides et précises sur la santé des forêts

Les chercheurs, de l’Université de Cambridge, ont développé l’algorithme, qui donne une mesure précise du diamètre des arbres, une mesure importante utilisée par les scientifiques pour surveiller la santé des forêts et les niveaux de séquestration du carbone.

L’algorithme utilise des capteurs LiDAR à faible coût et à faible résolution qui sont intégrés à de nombreux téléphones mobiles et fournit des résultats tout aussi précis, mais beaucoup plus rapides, que les techniques de mesure manuelles. Les résultats sont publiés dans la revue Télédétection.

La principale mesure manuelle utilisée en écologie forestière est le diamètre de l’arbre à hauteur de poitrine. Ces mesures sont utilisées pour déterminer la santé des arbres et de l’écosystème forestier au sens large, ainsi que la quantité de carbone séquestrée.

Bien que cette méthode soit fiable, puisque les mesures sont prises à partir du sol, arbre par arbre, la méthode est chronophage. De plus, l’erreur humaine peut entraîner des variations dans les mesures.

« Lorsque vous essayez de déterminer la quantité de carbone séquestrée par une forêt, ces mesures au sol sont extrêmement précieuses, mais prennent également beaucoup de temps », a déclaré la première auteure Amelia Holcomb du Département d’informatique et de technologie de Cambridge. « Nous voulions savoir si nous pouvions automatiser ce processus. »

Certains aspects de la mesure forestière peuvent être effectués à l’aide de capteurs LiDAR spéciaux coûteux, mais Holcomb et ses collègues voulaient déterminer si ces mesures pouvaient être prises à l’aide de capteurs moins chers et à plus faible résolution, du type de ceux utilisés dans certains téléphones mobiles pour applications de réalité augmentée.

D’autres chercheurs ont réalisé des études de mesure forestière à l’aide de ce type de capteur, mais cela s’est concentré sur des forêts hautement gérées où les arbres sont droits, régulièrement espacés et le sous-bois est régulièrement dégagé. Holcomb et ses collègues ont voulu tester si ces capteurs pouvaient renvoyer des résultats précis pour les forêts non gérées rapidement, automatiquement et dans une seule image.

« Nous voulions développer un algorithme qui pourrait être utilisé dans des forêts plus naturelles, et qui pourrait traiter des choses comme des branches basses ou des arbres avec des irrégularités naturelles », a déclaré Holcomb.

Les chercheurs ont conçu un algorithme qui utilise un capteur LiDAR de smartphone pour estimer automatiquement le diamètre du tronc à partir d’une seule image dans des conditions de terrain réalistes. L’algorithme a été intégré dans une application personnalisée pour un smartphone Android et est capable de renvoyer des résultats en temps quasi réel.

Pour développer l’algorithme, les chercheurs ont d’abord collecté leur propre ensemble de données en mesurant manuellement les arbres et en prenant des photos. En utilisant des techniques de traitement d’images et de vision par ordinateur, ils ont pu former l’algorithme pour différencier les troncs des grosses branches, déterminer dans quelle direction les arbres penchaient et d’autres informations qui pourraient l’aider à affiner les informations sur les forêts.

Les chercheurs ont testé l’application dans trois forêts différentes – une au Royaume-Uni, une aux États-Unis et une au Canada – au printemps, en été et en automne. L’application a pu détecter 100 % des troncs d’arbres et avait un taux d’erreur moyen de 8 %, ce qui est comparable au taux d’erreur lors d’une mesure manuelle. Cependant, l’application a considérablement accéléré le processus et était environ quatre fois et demie plus rapide que la mesure manuelle des arbres.

« J’ai été surpris que l’application fonctionne aussi bien », a déclaré Holcomb. « Parfois, j’aime le défier avec une forêt particulièrement peuplée ou un arbre de forme particulièrement étrange, et je pense qu’il n’y a aucun moyen de réussir, mais c’est le cas. »

Étant donné que leur outil de mesure ne nécessite aucune formation spécialisée et utilise des capteurs déjà intégrés dans un nombre croissant de téléphones, les chercheurs affirment qu’il pourrait s’agir d’un outil précis et peu coûteux pour la mesure des forêts, même dans des conditions forestières complexes.

Les chercheurs prévoient de rendre leur application accessible au public pour les téléphones Android plus tard ce printemps.

La recherche a été financée en partie par la bourse d’études supérieures David Cheriton, le Conseil national de recherches du Canada et la bourse d’études supérieures distinguées Harding.