Comparing the Use of Terrestrial LiDAR Scanners and Pin Profilers for Deriving Agricultural Roughness Statistics

摘要

Adequate descriptions of soil surface roughness are vital for the accurate retrieval of soil moisturemaps from remote sensing products. Terrestrial laser scanners (TLSs) have the potential to offer amore comprehensive method of measuring surface roughness than traditional techniques, but areunderused in this application. This research examines the use of TLSs for measuring the surfaceroughness of bare agricultural fields in Elora, Ontario. Through the development and applicationof an innovative plug-in called Roughness from Point Cloud Profiles (RPCP), this research comparesTLS surface roughness characterizations to those derived from a pin profiler. In most cases, the rootmean square height (RMSH) measurements obtained from the pin profiler are within 1.5 cm of thoseobtained from Light Detection and Ranging (LiDAR). Nearly 90% of the l measurements obtainedfrom the TLS were >5 cm larger than those from the pin profiler. Discrepancies between pin profilerand TLS roughness characterizations can be partially explained by LiDAR shadowing in some cases,but are likely caused by other factors such as de-trending techniques, profile length, and profileorientation. The results of this research illustrate roughness variations across fields and betweenroughness profile orientations according to tillage structures.%Une description adéquate de la rugosité de la surface du sol est indispensable pour cartographierl’humidité du sol à partir de produits de télédétection. Les scanneurs de laser terrestre (SLT)offrent potentiellement une mesure plus complète de la rugosité de la surface que les techniquestraditionnelles, bien qu’ils soient sous-utilisés à ces fins. Cette recherche examine l’utilisation deSLT pour mesurer la rugosité de surface des champs agricoles nus à Elora, Ontario. Par le biaisde l’élaboration et de l’application d’un module innovant nommé le Rugosité par profils de nuage depoints (RPNP), cette étude compare les caractérisations de la rugosité de surface dérivée de SLT à cellesproduites par un profileur à tige. Dans la plupart des cas, les mesures de hauteur moyenne quadratiqueobtenues par le profileur à tige sont à 1.5 cm de celles mesurées par détection et télémétrie parondes lumineuses (LiDAR). Presque 90% desmesures l produites par le SLT étaient >5 cmplus grandsque celles obtenues par le profileur à tige. Les écarts entre les caractérisations de rugosité produitespar ces deux méthodes s’expliquent en partie par l’occlusion de LiDAR dans certains cas, mais sontprobablement dus à des facteurs tels que les techniques d’élimination de tendances et la longueuret l’orientation de profil. Les résultats de cette étude illustrent les variations de rugosité à l’intérieurd’un champ et entre les orientations de profils de rugosité en fonction des structures de labourage.