基于LIDAR数据的森林参数反演方法研究

森林结构参数诸如林分平均高、平均冠幅、平均胸径、林分密度、地上生物量等的空间分布对于森林可持续经营管理具有重要意义。以黑河流域祁连山大野口典型森林区为研究区,采用高密度LIDAR小脚印点云数据,在进行单木结构参数提取的基础上,按20 m×20 m大小的网格进行了小区域森林参数反演研究。首先由LIDAR点云数据生成冠层高度模型(Canopy Height Model,CHM),从CHM中估测单株木结构参数树的位置、树高、冠幅。然后采用多元逐步回归分析法建立样地(20 m×20 m)尺度上LIDAR估测的平均树高、冠幅等与实测森林参数(林分平均高、林分算数平均高、平均冠幅、平均胸径、林分密度、地上生物量)之间的关系。结果表明,林分平均高、林分算术平均高、地上生物量的估测方程精度较高,R2均大于0.7,平均冠幅、平均胸径、林分密度的估测方程R2均大于0.5,根据建立的方程得到了森林参数的空间分布图。高密度LIDAR数据可以得到较高精度的森林参数空间分布图,对于森林可持续经营管理以及林相图的更新等具有重要意义,同时对小流域森林水文科学的研究具有重要的应用价值。

基于林火特征分类模型的森林火情等级制图

森林中可燃物的分布状况是影响林火产生、扩散的重要因素之一,本研究的目的是结合森林资源调查数据、激光雷达(light laser detection and ranging,Li DAR)点云数据、地形和气象因子共同驱动的可燃物特征分类系统(fuel characteristic classification system,FCCS)模型来实现森林火险等级预测。以云南省普洱市为研究区,首先,利用机载Li DAR数据生产的树冠高度模型进行面向对象分割,与森林资源二类清查数据叠加分析确定分割单元,并根据可燃物的可燃性将研究区内的可燃物分为针叶林、阔叶林、竹林和灌木林等4种类型,在此基础上采用分层随机抽样形成验证数据集;然后,提取Li DAR变量因子,采用多元逐步回归法反演不同可燃物的森林参数;最后,将森林参数连同气象和地形因子作为FCCS模型的输入,完成各个分割单元的火情等级评价,实现该地区潜在火行为、树冠火、有效可燃物和综合火灾险情的制图。研究结果表明,研究区有效可燃物火险等级比较低,符合研究区的实际情况;森林垂直结构与森林火险等级关系密切,森林参数的准确估测对整个可燃物的制图具有非常重要的作用。

基于稀疏型机载激光雷达数据的风景林参数估测

稀疏型机载激光雷达(LiDAR)数据,由于点云密度低,难以对单木尺度的森林参数进行估测,在森林资源监测领域的潜在应用价值没有得到充分发挥。以江苏省南京市紫金山国家森林公园为研究区,以2007年机载激光雷达Optech ALTM LiDAR数据、2007年森林资源规划设计调查数据为主要信息源,在机载LiDAR数据预处理、特征参数提取的基础上,采用多元线性回归、随机森林、支持向量机3种方法,估测小班林分平均树高、平均胸径和单位蓄积量并进行对比分析,同时对森林参数进行空间制图。结果表明:1)高度百分位数和累计高度百分位数是影响小班平均胸径、平均树高和平均蓄积量的主要特征参数;2)3个遥感估测模型精度对比分析表明,平均胸径、平均树高、单位蓄积量3个参数的估测精度,均是随机森林算法最高,支持向量机次之,多元线性回归最低;3)平均树高、平均胸径、单位蓄积量的空间分布规律一致,人为干扰严重的公园边缘地区和土层瘠薄、立地条件差的山脊较低,山南及山北中部最高。稀疏型机载激光雷达(ALS)数据在林分尺度的森林参数估计中具有较高的精度,可以用于森林资源规划设计调查小班的测树因子估测。本研究应用稀疏型机载激光雷达数据估测风景林森林参数,为稀疏型LiDAR数据在森林资源规划设计调查中的推广应用提供参考。

高光谱遥感林业信息提取技术研究进展

高光谱遥感技术已成为林业遥感领域的前沿技术之一。回顾国内外高光谱遥感技术在林业信息提取中的研究进展,总结归纳了森林树种高光谱分类与识别、森林生态物理参数高光谱反演与提取、林木养分元素高光谱监测与诊断、森林郁闭度信息高光谱提取、森林灾害高光谱监测五个主要研究方面。在此基础上,文章指出了在林业遥感应用中高光谱技术尚待解决的关键问题,并阐述了可能解决问题的途径。最后对林业高光谱遥感技术的应用前景作了展望。

相干区域长轴的快速估计方法及其应用

相干区域的长轴作为复相干系数间最长的连线,反映了复干涉相干系数线性变化趋势,因此在基于相干散射模型的极化干涉森林应用中具有重要研究意义。针对遍历搜索方法估计长轴效率低、精度受采样间隔限制的不足,该文提出一种相干区域长轴的快速估计方法。该方法将相干区域外切矩形的切点连线作为长轴的初始估计,利用逼近技术求解长轴。为提高森林高度估计性能,该文还提出一种应用长轴信息反演森林参数的方法。松树林的极化干涉仿真数据的结果表明,快速估计方法运行时间远低于遍历搜索方法,且长轴估计精度高于遍历搜索方法,利用长轴信息估计的森林高度更接近于仿真森林高度。

机载激光雷达和地基激光雷达林业应用现状

激光雷达技术可以直接获取地物的三维信息,在森林参数反演方面具有独特优势。近年来,机载激光雷达与地基激光雷达在林业上的应用取得很大进展,在森林调查中应用广泛。文中介绍了机载激光雷达与地基激光雷达在森林参数提取中的应用,并分析了两者的优缺点;概述了2种数据结合在森林参数反演中的应用,并对应用前景进行了展望。