GEDI Elevation Accuracy Assessment: A Case Study of Southwest Spain

Abstract

Information about forest structures is becoming crucial to earth’s global carbon cycle, forest habitats, and biodiversity. The Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) provides 25-m diameter footprints of the surface for 3-D structure measurements. The main goal of this study is to compare 12 031 footprints of GEDI data with other airborne and spaceborne digital elevation models (DEMs) for Southwest Spain. Ground elevation differences [elevation of the lowest mode (ELM)] are analyzed by comparing GEDI measurements with airborne laser scanning (ALS) LiDARand TanDEM-X-derived DEMs. The vertical structure (RH100) is compared to the ALS LiDAR measurement. Ten zones are analyzed, considering different degrees of coverage and slopes. We achieved a root mean square error (RMSE) of 6.13 m for the ELM when comparing GEDI and LiDAR data and an RMSE of 7.14 m when comparing GEDI and TanDEM-X data. For some of the studied areas, these values were considerably smaller, with RMSE values even lower than 1 m. For the RH100 metric, an RMSE of 3.56 m was achieved when comparing GEDI and LiDAR data, but again with a minimum value of 2.09 m for one zone. The results show a clear relation to coverage and slope, especially for the latter. This work also evaluates the positional uncertainty of GEDI footprints, shifting them ±10 and ±5 m along and across the track of the satellite orbit and their intermediate angular positions. The outcomes reveal a strong tendency to obtain better results in the ELM when setting the footprint to 270° and displacing it within 10 m of its positional uncertainty in comparison with the LiDAR and TanDEM-X data.

La información sobre las estructuras forestales es cada vez más crucial para el ciclo global del carbono en la Tierra, los hábitats forestales y la biodiversidad. El Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) proporciona huellas de 25 m de diámetro de la superficie para realizar mediciones de estructuras tridimensionales. El objetivo principal de este estudio es comparar 12 031 huellas GEDI con otros modelos digitales de elevación (MDE) aerotransportados y aéreos y espaciales del suroeste de España. Diferencias de elevación del terreno [elevación del modo más bajo (ELM)] se analizan comparando mediciones GEDI con LiDAR de escaneo láser aerotransportado (ALS) y TanDEM-X. La estructura vertical (RH100) se compara con la medición LiDAR ALS. Se analizan diez zonas considerando diferentes grados de cobertura y pendientes. En error cuadrático medio (RMSE) de 6,13 m para el ELM al comparar los datos GEDI y LiDAR y un RMSE de 7,14 m al comparar los datos GEDI y TanDEM-X. Para algunas de las zonas estudiadas, estos valores eran considerablemente menores, con valores de RMSE incluso inferiores a 1 m. Para la métrica RH100, se obtuvo un RMSE de 3,56 m al comparar los datos de GEDI y LiDAR pero de nuevo con un valor mínimo de 2,09 m para una zona. Los resultados muestran una clara relación con la cobertura y la pendiente, especialmente para esta última. Este trabajo también evalúa la incertidumbre posicional de las huellas de GEDI desplazándolas±10 y±5m a lo largo y a lo ancho de la trayectoria de la órbita del satélite y sus posiciones angulares intermedias. Los resultados revelan una fuerte tendencia a obtener mejores resultados en el ELM cuando se fija la huella a 270° y se desplaza dentro de 10 m de su incertidumbre posicional en comparación con los datos LiDAR y TanDEM-X.