Este trabalho contribui para a evolução dos métodos que lidam com a quantificação de biomassa em plantações florestais em grande escala. Mais especificamente, explora o potencial de novos métodos baseados em sistemas de escaneamento a laser aerotransportado (ALS) que produzem uma representação 3D da estrutura vertical e horizontal acima do solo em plantios de Eucalyptus spp. A abordagem assume que a biomassa acima do solo pode ser estimada de forma precisa quando o perfil vertical da altura do dossel e a área basal são bem conhecidos. Assim, quatro questões foram analisadas: (i) se a função de densidade probabilidade Weibull com dois parâmetros (escala ? e forma ?) consegue descrever com precisão a distribuição vertical de pontos gerada pela tecnologia ALS e gerar um perfil aparente de altura de dossel adequado em plantios de eucalipto; (ii) se quando gerada por tecnologia ALS, a proporção de retornos no subdossel e solo tem relação significativa e positiva com a variável área basal; (iii) qual a qualidade da predição de área basal e de biomassa seca de lenho quando são usadas como variáveis explicativas um percentil baixo de altura da nuvem ALS e o parâmetro de escala da distribuição Weibull ajustada para definir o perfil vertical do dossel; e (iv) qual a qualidade dos mapas de biomassa de lenho de plantios de eucaliptos quando produzidos a partir de dois métodos diferentes, um de interpolação de dados das parcelas de campo (krigagem ordinária) e outro que usa a nuvem de pontos ALS para calibrar as informações das parcelas de campo (regressão linear). Os resultados mostraram que a função Weibull de dois parâmetros ajustou com precisão adequada o perfil das alturas do plantio de eucalipto. Do ponto de vista prático, esse resultado reforça as estratégias de uso dos parâmetros da função Weibull (escala e forma) como métricas que caracterizam adequadamente a estrutura vertical dos povoamentos florestais. A estimativa de área basal em função da proporção de retornos no subdossel e no solo mostrou-se moderada (R² = 0.42 e rRMSE = 7.6%), sendo necessários mais estudos que investiguem essa relação. As predições de área basal e biomassa do lenho foram aprimoradas em função do parâmetro ? da função Weibull, usado como estimador de escala para as alturas do dossel (área basal, R² = 0.77 e rRMSE = 4.8% e biomassa do lenho, R² = 0.89 e rRMSE = 5.1%). As variáveis, percentil 30 e parâmetro de forma (?) da função Weibull, também produziram boas estimativas (R² = 0.82 para área basal e R² = 0.93 para biomassa de lenho). Os mapas de predição de biomassa de lenho mostraram-se mais precisos quando derivados a partir de dados ALS (rRMSE = 5.5% versus 12.7% na interpolação por krigagem ordinária). / This work contributes to the evolution of methods dealing with the quantification of biomass in large-scale forest plantations. More specifically, it explores the potential of new methods based on airborne laser scanning systems to produce a 3D representation of the vertical and horizontal structure of above ground Eucalyptus spp plantations. The approach assumes that above ground biomass can be precisely estimated when the vertical profile of canopy heights and basal area are well known. Thus, four questions are examined: (i) can the Weibull probability density function (pdf) with two parameters (? scale and ? shape) describe accurately the vertical distribution of points generated by the ALS technology and generate an adequate apparent profile of canopy heights for the eucalyptus plantation?; (ii) when generated by the ALS technology, is the proportion of understory returns to ground returns significantly and positively related with basal area?; (iii) how well are basal area and dry stem biomass predicted by models using low height percentile values of the ALS point cloud and the scale parameter of the Weibull distribution describing the vertical canopy profile?; and (iv) how accurate are stem biomass maps of the eucalyptus plantation when two different methods are used, one based on interpolation that uses sample plots information (ordinary kriging) and another that uses the ALS point cloud to calibrate the sample plot information (linear regression)? The results showed that the Weibull pdf with two parameters fitted with adequate accuracy the plantation\'s height profiles. From a practical standpoint, this result reinforces the strategies of using the Weibull parameters (scale and shape) as metrics that adequately characterize the vertical structure of forest stands. Basal area estimates derived from the proportion of understory and ground returns presented only moderated accuracy (R² = 0.42 e rRMSE = 7.6%) and more research is needed to investigate such relationship. Good results were obtained when basal area and stem biomass were fitted as a function of the Weibull ? parameter, as a proxy for the scale of canopy heights (basal area, R² = 0.77 e rRMSE = 4.8%, and stem biomass, R² = 0.89 and rRMSE = 5.1%). The explanatory variables percentile 30 and the Weibull shape parameter (?) also produced good estimates (R² = 0.82 for basal area and R² = 0.93 for stem biomass). Stem biomass prediction maps showed to be more accurate when derived from ALS data (rRMSE = 5.5% against 12.7% derived from ordinary kriging interpolation).

As florestas plantadas contribuem para o desenvolvimento econômico, social e ambiental brasileiro, e o setor florestal busca plantios cada vez mais produtivos e melhor aproveitados. A tecnologia a laser aerotransportada (ALS - Airborne Laser Scanning), capaz de gerar informações tridimensionais precisas em extensas áreas e em pequeno intervalo de tempo, tem se destacado nas aplicações florestais, sendo utilizada na quantificação e caracterização de florestas. Neste estudo foram utilizados dados ALS obtidos em dois sobrevoos (2013 e 2014), cobrindo uma área de plantio do gênero Eucalyptus com diferentes clones e idades, localizada no estado de São Paulo. Esta dissertação é dividida em três partes. A primeira buscou avaliar a combinação de métricas ALS e de dupla amostragem nas estimativas de volume e na redução da intensidade amostral, comparando seus resultados aos de métodos amostrais tradicionais. Os resultados mostraram que a dupla amostragem obteve o menor erro de amostragem dentre os delineamentos, permitindo a redução do esforço amostral. A segunda parte visou caracterizar as diferenças estruturais existentes entre clones de eucalipto, com diferentes idades, a partir de métricas ALS e perfis de altura do dossel (CHP). O estudo mostrou que é possível distinguir a estrutura do dossel dos clones, o que pode contribuir com melhorias nas estimativas e no gerenciamento dos plantios comerciais. Na última parte, foram avaliados dois algoritmos de detecção de árvores individuais quanto à quantificação dos indivíduos e os efeitos da composição (tamanho de célula e filtragem) do modelo digital de alturas (CHM) no desempenho desses algoritmos. Verificou-se que as características do CHM influenciam na detecção. A estratégia com melhor desempenho resultou em um erro médio relativo de 11% no número de indivíduos. / Planted forests contribute to the economic, social and environmental development of Brazil, and the forest industry aims to increase productivity and the efficient use of these plantations. Airborne Laser Scanning (ALS) technology, capable of generating accurate three-dimensional information, covering large areas in a short time, has highlighted potential in forestry applications and has been applied in forests quantification and characterization. In this study, ALS data were obtained from two flights (2013 and 2014), covering a Eucalyptus plantation area with different clones and ages, in the state of São Paulo. This thesis comprises three parts. The first study aimed to evaluate the combination of ALS metrics and double sampling design for volume estimates and reducing sampling intensity, comparing the results to traditional sampling methods. Results showed that the double sampling had the lowest error from the designs, allowing the reduction of the sampling effort. The second part was proposed to characterize the structural differences between Eucalyptus clones with different ages, based on metrics ALS and canopy height profiles (CHP). The study showed that it is possible to distinguish the canopy structure of the clones, which can contribute to improvements in estimates and management of commercial plantations. In the last study, two individual tree detection algorithms were evaluated for quantification of individuals, and the effect of the canopy height model (CHM) composition at the performance of these algorithms was analyzed. It was found that the CHM characteristics influence the tree detection. The strategy with better performance resulted in an average relative error of 11% in number of trees.

Este trabalho contribui para a evolução dos métodos que lidam com a quantificação de biomassa em plantações florestais em grande escala. Mais especificamente, explora o potencial de novos métodos baseados em sistemas de escaneamento a laser aerotransportado (ALS) que produzem uma representação 3D da estrutura vertical e horizontal acima do solo em plantios de Eucalyptus spp. A abordagem assume que a biomassa acima do solo pode ser estimada de forma precisa quando o perfil vertical da altura do dossel e a área basal são bem conhecidos. Assim, quatro questões foram analisadas: (i) se a função de densidade probabilidade Weibull com dois parâmetros (escala ? e forma ?) consegue descrever com precisão a distribuição vertical de pontos gerada pela tecnologia ALS e gerar um perfil aparente de altura de dossel adequado em plantios de eucalipto; (ii) se quando gerada por tecnologia ALS, a proporção de retornos no subdossel e solo tem relação significativa e positiva com a variável área basal; (iii) qual a qualidade da predição de área basal e de biomassa seca de lenho quando são usadas como variáveis explicativas um percentil baixo de altura da nuvem ALS e o parâmetro de escala da distribuição Weibull ajustada para definir o perfil vertical do dossel; e (iv) qual a qualidade dos mapas de biomassa de lenho de plantios de eucaliptos quando produzidos a partir de dois métodos diferentes, um de interpolação de dados das parcelas de campo (krigagem ordinária) e outro que usa a nuvem de pontos ALS para calibrar as informações das parcelas de campo (regressão linear). Os resultados mostraram que a função Weibull de dois parâmetros ajustou com precisão adequada o perfil das alturas do plantio de eucalipto. Do ponto de vista prático, esse resultado reforça as estratégias de uso dos parâmetros da função Weibull (escala e forma) como métricas que caracterizam adequadamente a estrutura vertical dos povoamentos florestais. A estimativa de área basal em função da proporção de retornos no subdossel e no solo mostrou-se moderada (R² = 0.42 e rRMSE = 7.6%), sendo necessários mais estudos que investiguem essa relação. As predições de área basal e biomassa do lenho foram aprimoradas em função do parâmetro ? da função Weibull, usado como estimador de escala para as alturas do dossel (área basal, R² = 0.77 e rRMSE = 4.8% e biomassa do lenho, R² = 0.89 e rRMSE = 5.1%). As variáveis, percentil 30 e parâmetro de forma (?) da função Weibull, também produziram boas estimativas (R² = 0.82 para área basal e R² = 0.93 para biomassa de lenho). Os mapas de predição de biomassa de lenho mostraram-se mais precisos quando derivados a partir de dados ALS (rRMSE = 5.5% versus 12.7% na interpolação por krigagem ordinária). / This work contributes to the evolution of methods dealing with the quantification of biomass in large-scale forest plantations. More specifically, it explores the potential of new methods based on airborne laser scanning systems to produce a 3D representation of the vertical and horizontal structure of above ground Eucalyptus spp plantations. The approach assumes that above ground biomass can be precisely estimated when the vertical profile of canopy heights and basal area are well known. Thus, four questions are examined: (i) can the Weibull probability density function (pdf) with two parameters (? scale and ? shape) describe accurately the vertical distribution of points generated by the ALS technology and generate an adequate apparent profile of canopy heights for the eucalyptus plantation?; (ii) when generated by the ALS technology, is the proportion of understory returns to ground returns significantly and positively related with basal area?; (iii) how well are basal area and dry stem biomass predicted by models using low height percentile values of the ALS point cloud and the scale parameter of the Weibull distribution describing the vertical canopy profile?; and (iv) how accurate are stem biomass maps of the eucalyptus plantation when two different methods are used, one based on interpolation that uses sample plots information (ordinary kriging) and another that uses the ALS point cloud to calibrate the sample plot information (linear regression)? The results showed that the Weibull pdf with two parameters fitted with adequate accuracy the plantation\'s height profiles. From a practical standpoint, this result reinforces the strategies of using the Weibull parameters (scale and shape) as metrics that adequately characterize the vertical structure of forest stands. Basal area estimates derived from the proportion of understory and ground returns presented only moderated accuracy (R² = 0.42 e rRMSE = 7.6%) and more research is needed to investigate such relationship. Good results were obtained when basal area and stem biomass were fitted as a function of the Weibull ? parameter, as a proxy for the scale of canopy heights (basal area, R² = 0.77 e rRMSE = 4.8%, and stem biomass, R² = 0.89 and rRMSE = 5.1%). The explanatory variables percentile 30 and the Weibull shape parameter (?) also produced good estimates (R² = 0.82 for basal area and R² = 0.93 for stem biomass). Stem biomass prediction maps showed to be more accurate when derived from ALS data (rRMSE = 5.5% against 12.7% derived from ordinary kriging interpolation).

As florestas plantadas contribuem para o desenvolvimento econômico, social e ambiental brasileiro, e o setor florestal busca plantios cada vez mais produtivos e melhor aproveitados. A tecnologia a laser aerotransportada (ALS - Airborne Laser Scanning), capaz de gerar informações tridimensionais precisas em extensas áreas e em pequeno intervalo de tempo, tem se destacado nas aplicações florestais, sendo utilizada na quantificação e caracterização de florestas. Neste estudo foram utilizados dados ALS obtidos em dois sobrevoos (2013 e 2014), cobrindo uma área de plantio do gênero Eucalyptus com diferentes clones e idades, localizada no estado de São Paulo. Esta dissertação é dividida em três partes. A primeira buscou avaliar a combinação de métricas ALS e de dupla amostragem nas estimativas de volume e na redução da intensidade amostral, comparando seus resultados aos de métodos amostrais tradicionais. Os resultados mostraram que a dupla amostragem obteve o menor erro de amostragem dentre os delineamentos, permitindo a redução do esforço amostral. A segunda parte visou caracterizar as diferenças estruturais existentes entre clones de eucalipto, com diferentes idades, a partir de métricas ALS e perfis de altura do dossel (CHP). O estudo mostrou que é possível distinguir a estrutura do dossel dos clones, o que pode contribuir com melhorias nas estimativas e no gerenciamento dos plantios comerciais. Na última parte, foram avaliados dois algoritmos de detecção de árvores individuais quanto à quantificação dos indivíduos e os efeitos da composição (tamanho de célula e filtragem) do modelo digital de alturas (CHM) no desempenho desses algoritmos. Verificou-se que as características do CHM influenciam na detecção. A estratégia com melhor desempenho resultou em um erro médio relativo de 11% no número de indivíduos. / Planted forests contribute to the economic, social and environmental development of Brazil, and the forest industry aims to increase productivity and the efficient use of these plantations. Airborne Laser Scanning (ALS) technology, capable of generating accurate three-dimensional information, covering large areas in a short time, has highlighted potential in forestry applications and has been applied in forests quantification and characterization. In this study, ALS data were obtained from two flights (2013 and 2014), covering a Eucalyptus plantation area with different clones and ages, in the state of São Paulo. This thesis comprises three parts. The first study aimed to evaluate the combination of ALS metrics and double sampling design for volume estimates and reducing sampling intensity, comparing the results to traditional sampling methods. Results showed that the double sampling had the lowest error from the designs, allowing the reduction of the sampling effort. The second part was proposed to characterize the structural differences between Eucalyptus clones with different ages, based on metrics ALS and canopy height profiles (CHP). The study showed that it is possible to distinguish the canopy structure of the clones, which can contribute to improvements in estimates and management of commercial plantations. In the last study, two individual tree detection algorithms were evaluated for quantification of individuals, and the effect of the canopy height model (CHM) composition at the performance of these algorithms was analyzed. It was found that the CHM characteristics influence the tree detection. The strategy with better performance resulted in an average relative error of 11% in number of trees.