基于极化合成孔径雷达干涉测量的平均树高提取技术

在新疆和田地区建立SIR-C/X SAR极化干涉测量试验区,获取2次重复飞行的SIR-C/XSAR全极化干涉测量数据、覆盖试验区的地形图4幅、Landsat-5 TM及Landsat-7 ETM+数据各一景。在此基础上,研究实现POLinSAR数据处理及树高反演算法,并对试验结果进行初步分析评价。结果表明:本文所采用的极化干涉测量数据处理方法及树高反演算法是正确的;受去相干噪声因素的影响,重复飞行极化干涉SAR相干影像上可能存在大量的非体散射去相干散射体,识别这些散射体并加以剔除是保证得到正确树高提取结果的重要步骤。

机载激光雷达和高光谱组合系统的亚热带森林估测遥感试验

为了提高森林的类型识别及生物物理参数反演精度,采用国产机载激光雷达和高光谱组合系统(ALHIS),选择湖北典型亚热带森林开展了航空遥感试验,获取了试验区激光雷达点云、高光谱和CCD影像数据,提取了森林高度和优势树种类别信息。对数据的分析表明,激光雷达林分平均高的估测精度达到90.67%,激光雷达估测平均高与地面实测胸径加权平均高之间显著相关(R2=0.73,RMSE=1.29m)。按照优势树种分类结果进行统计,发现马尾松、栓皮栎和其它树种的林分平均高分别为9.62m、9.30m、8.79m,不同树种之间的林分平均高相差不大。高光谱优势树种识别总体精度达到82.00%(Kappa=0.70),试验区森林和非森林面积所占比例分别为60.01%和39.99%,马尾松、栓皮栎和其它树种面积在森林中所占比例分别为59.77%、24.99%和15.23%。试验证明,ALHIS能够同时获取高分辨率的植被遥感特征数据,以用于森林制图、优势树种/树种组识别、碳储量估算及生态环境建模等研究。

机载LIDAR点云数据估测单株木生物量

使用黑河流域遥感-地面观测同步试验获取的机载激光雷达(LIDAR)点云数据估测了典型树种的单株木生物量。首先由点云数据生成冠层高度模型(CHM),然后采用优化的单株木树冠特征识别算法估测相关的结构参数,最后通过回归分析建立估测参数(树高、冠幅)与实测参数(树高、冠幅、胸径)之间的最优回归方程,并与现有的单株木生物量实测相关生长方程联立,得到单株木生物量估测相关生长方程。结果表明,由LIDAR点云数据得到的单株木估测参数与实测参数显著相关,可以估测单株木生物量(R^2为0.729)。

激光雷达森林参数反演研究进展

激光雷达通过发射激光能量和接收返回信号的方式,来获取高精度的森林空间结构和林下地形信息。全波形激光雷达通过记录返回信号的全部能量,得到亚米级植被垂直剖面;离散回波激光雷达记录的单个或多个回波,表示来自不同冠层的回波信号。星载激光雷达一般采用全波形或光子计数激光剖面系统,仅能获取卫星轨道下方的单波束或多波束数据,用于区域/全球范围的森林垂直结构及变化观测。机载激光雷达多采用离散回波或全波形激光扫描系统,能够获取飞行轨迹下方特定视场范围内的扫描数据,用于林分/区域范围的森林结构观测。地基激光雷达多采用离散回波激光扫描系统,获取以测站为中心的球形空间内扫描数据,用于单木/样地范围的森林结构观测。激光雷达单木因子估测方法可分为CHM单木法、NPC单木法和体元单木法3类。CHM单木法通过局部最大值识别树冠顶点,采用区域生长或图像分割算法识别树冠边界或树冠主方向,NPC单木法一般通过空间聚类或形态学算法识别单木,体元单木法在3维体元空间采用区域生长或空间聚类算法识别树冠。根据激光雷达冠层高度分布可以估测林分因子,冠层高度分布特征来自于离散点云或全波形。多时相激光雷达可用于森林生长量、生物量变化等监测,以及森林采伐、灾害等引起的结构变化监测。随着激光雷达技术的发展,它将在森林调查、生态环境建模等生产与科学研究领域中得到更为广泛的应用。

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。

ALOS PALSAR影像地球椭球地理编码方法

ALOS PALSAR已经在轨运行1年多,由于其L-波段多极化观测能力,特别适合森林资源调查及生态环境相关遥感应用。然而,如何进行PALSAR数据的地理编码处理是实际应用中需要解决的一个关键问题。本文基于距离-多普勒(RD)模型发展了PALSAR Level-1.1影像产品的地球椭球地理编码校正(GEC)方法,重点论述了从PALSAR CEOS格式元数据记录中提取距离向方程、RD方程参数的具体方法。以一景已经经过几何精校正的Landsat ETM+影像为参考,获取了10个控制点,定量评价了本文所发展的GEC方法的有效性。评价结果表明:东西向均方根误差为32.529m,南北向均方根误差为32.527m,误差约是ETM+影像像元大小(28.5m)的1.14倍。本文针对PALSAR Level-1.1提出的GEC方法是进一步发展PALSAR其他数据产品的GEC和地形校正地理编码(GTC)方法的基础,对于PALSAR数据的定量化应用及其地理编码处理软件的开发具有重要的参考价值。

森林冠层探测激光雷达的波形特征分析

机载激光雷达通过发射激光脉冲和接收返回波形的方式来探测森林冠层的三维结构,返回波形中包含了森林冠层不同高度处枝叶的后向散射特征.本研究在分析激光脉冲与森林冠层之间的相互作用关系时发现返回波形存在时长展宽现象,为此建立了立体散射体模型,并得到时长展宽量与散射体深度之间的对应关系.根据返回波形的不同特征将散射体划分为简单散射体、立体散射体和复杂散射体三种类型,提出单峰导数法和多峰导数法两种波形分析方法,用于提取相关的波形特征量,并判别散射体的类型.本研究得到了一些初步结果,通过模拟立体散射体的返回波形发现,随着散射体深度的增加,返回波形逐渐被展宽;随着子散射体之间距离的增加,返回波形开始出现两个波峰并成为两个完全独立的子波形.通过对模拟波形和实测波形的波形特征量进行比较发现,模拟波形与实测波形的时长略有差别.总之,激光雷达波形数据很好地描述了森林冠层的后向散射特征,在提高森林参数估测精度方面具有应用潜力.