激光雷达在森林垂直结构参数估算中的应用

激光雷达是近年来迅速发展的主动遥感技术, 激光脉冲对森林具有很强的穿透能力, 在森林垂直结构参数估测中具有巨大的潜力与优势。文中分别总结了小光斑和大光斑激光雷达在获取树高、生物量等森林参数中的应用及其优缺点, 同时分析比较了小光斑和大光斑激光雷达在估测森林参数上的不同; 最后重点介绍了目前唯一的星载大光斑激光雷达ICESat/GLAS系统, 总结分析了其在大面积森林空间结构参数估算中的应用现状, 并对激光雷达前景及其应用中存在的问题进行了探讨和展望。     

小光斑激光雷达数据估测森林树高研究进展

小光斑激光雷达可以同时获得森林的垂直及水平结构参数,因光斑直径较小,可以做到森林单木结构参数的准确估计,进而推广到样方甚至更大区域森林结构参数的估计,近年来在林业中得到广泛应用。文中主要从树高估计方面对小光斑激光雷达在林业中的应用进行研究,通过对先前类似文献进行归纳总结发现,在小光斑激光雷达估测森林树高方面仍存在着一些问题,从而限制了森林树高估测精度的提高,如点云分类算法、点云密度、森林郁闭度、单木的准确分割等,还对小光斑激光雷达估计森林树高中所存在的问题进行了概括,并提出了改进建议。     

机载全波形 LiDAR 数据处理及林业应用研究综述

随着激光雷达技术的发展,近几年对小光斑全波形激光雷达数据处理方法及其应用的研究已成为国内外相关领域关注的热点。文中阐述小光斑全波形激光雷达的组成及数据特点,介绍波形数据的处理流程,并在此基础上概述小光斑全波形激光雷达波形数据在林业中的应用; 基于国内外研究现状,详细论述了波形分解和提取森林结构参数的理论及方法,分析了小光斑全波形激光雷达波形数据处理的局限性及其在林业中的应用前景。     

基于仿真大光斑激光雷达和多层感知器的森林地上生物量估算模型构建

森林是全球重要的陆地生态系统,各国普遍采用地面样地调查的方法评估其资源量和生物量。随着激光雷达技术的发展,采用星载大光斑激光雷达估算大区域森林地上生物量将成为另一种选择。为探索利用大光斑激光雷达估算森林地上生物量的方法,提出了一种基于仿真大光斑激光雷达和多层感知器的森林地上生物量估算模型。比较仿真大光斑激光雷达波形参数13种组合拟合森林地上生物量的效果后,认为多层感知器的估测精度高于多元线性回归。与样地实测地上生物量相比,多元线性回归估测结果的偏差范围为-34.96~23.28t/hm²,多层感知器估测结果的偏差范围更小,为-19.09~20.19t/hm²。因此,多层感知器估测森林地上生物量的效果优于多元线性回归。     

机载林业探测大光斑激光雷达系统的设计与应用

激光雷达以其独特的穿透能力在大面积的林业探测中越来越受到重视。以国家林业局调查规划设计院和北京遥测技术研究所共同设计研发的大光斑激光雷达系统为基础,详细介绍了该系统的工作原理、模块组成、设备安装、参数设计、数据处理等,并对该系统的飞行试验数据进行了分析,结果显示,该系统下得到的波形数据可对建筑、农田、森林等地物进行精确地刻画。进一步利用Matlab 2014b软件对大光斑激光雷达回波波形估测森林样地最大冠层高度,并利用与之对应的小光斑激光雷达数据提取的森林最大冠层高度对比,总体平均精度达到89.24%。利用SPSS软件做配对样本T检验,结果表明,该系统下获得的大光斑波形数据估测的森林最大冠层高度与小光斑估测的森林冠层高度的差异显著性为0.366,大于0.05,无明显差异,直接证明了大光斑激光雷达估测森林最大冠层高度的独特性能。因此,在未来的林业探测中,可用该系统对大面积的森林资源进行探测,为大面积估测林分最大高、平均高、郁闭度、生物量、蓄积量、叶面积指数等一系列森林参数创造了条件。     

基于LiDAR离散点云能量信息的针叶林叶面积指数反演方法

叶面积指数是森林的重要结构参数,对于研究与植被叶片相关的生物物理活动具有重要意义。为了提高针叶林叶面积指数的估测精度,以吉林省长春市净月潭国家森林公园为研究区,通过对小光斑激光雷达离散点云进行滤波分类处理、拟合波形数据,从中提取5个能量参数,分别用于估测针叶林样方的叶面积指数,通过分析得出I2预测模型最好,R=0.911,P=0.968。结果表明小光斑激光雷达离散点云的能量信息能够较好地估计针叶林的叶面积指数,未来应加大小光斑激光雷达能量参数的应用。     

激光雷达技术及其在林业上的应用

激光雷达是近年来国际上发展十分迅速的主动遥感技术,在森林参数的定量测量和反演上取得了成功的应用。激光雷达具有与被动光学遥感不同的成像机理,对植被空间结构和地形的探测能力很强,特别是对森林高度的探测能力,具有其他遥感数据无法比拟的优势。介绍激光雷达遥感的基本原理、大光斑和小光斑激光雷达系统的特点,对它们在林业上的应用现状进行评述,重点分析激光雷达反演森林参数的方法,对激光雷达的林业应用前景进行分析和展望。     

激光雷达技术在森林资源监测中的研究进展

对激光雷达技术在森林资源监测方面的运用前景、局限性和研究进展进行总结,并研究激光雷达技术在森林资源监测方面的成果。结果表明:激光雷达技术植物资源方面的监测主要为森林的整体结构高度、植被的具体高度及森林中植被的占有密度,生物密度方面的监测一般应用小光斑系统,温带气候的森林植被叶面积较为均衡,可采用常规的激光检测进行监测。由于应用普通激光雷达技术对森林资源进行监测时,会受到雷达运行空间不足、费用高昂、检测数据量有限等问题的约束,提出应形成一套费用低、监测数据量大、运行空间充足的机载系统,提高雷达的灵活性。     

基于机载LiDAR的伪大光斑波形数据反演林分平均高

为降低小光斑机载激光雷达因光斑直径太小而导致的脉冲首次回波无法代表冠层高度的影响,以进一步提高小光斑机载激光雷达波形数据在森林结构参数估测中的应用潜能。以内蒙古依根地区为研究区,以机载激光雷达波形数据为基础数据,在波形数据高斯分解的基础上提出一种基于小光斑波形形成伪大光斑波形数据的方法。通过计算样地内各高斯分量脉冲能量占总脉冲能量的比例,将其视为各高斯分量特征参数对应权数,分别求特征参数振幅、位置和半波宽的加权平均数,即为样地伪大光斑波形数据对应高斯函数的特征值。基于小光斑波形数据和伪大光斑波形数据提取特征参数,分别结合野外样方实测平均树高建立回归模型,并进行比较分析。结果小光斑波形反演模型的决定系数R2为0.47,总体平均精度P为78.19%,伪大光斑反演模型的决定系数R2为0.61,估测林分平均高总体平均精度P为90.65%。结果表明,伪大光斑模型反演精度高于小光斑波形反演模型,降低了小光斑LiDAR因光斑直径过小带来的影响,挖掘了小光斑机载LiDAR波形数据的应用潜力。     

地基激光雷达技术在森林调查中的应用研究进展

森林资源的实时监测是森林经营管理的重要基础。地基激光雷达以其快速性、准确性、非破坏性和自动化等优点逐渐取代了传统的森林资源调查方法,可用于单木参数和林分信息的提取,特别是传统方法难以获取的冠层信息,并解决森林地上生物量估计中的不确定性。文中主要介绍地基激光雷达技术在森林资源调查中应用的研究现状,分析讨论该技术的优缺点,并对其未来的应用前景进行展望。     

机载激光雷达森林参数估算方法综述

综述了机载激光雷达(LiDAR)在森林树高、郁闭度、蓄积量等参数估算中的应用,并对森林参数的估算精度及其影响因素进行了总结和分析。重点总结了目前机载激光雷达在森林参数估算中采用的如基于几何特性的点云数据滤波方法、基于强度信息森林参数提取方法、全波形数据的处理方法及L iDAR与多光谱影像数据融合关键技术,阐述了其现状及各自应用范围和存在的问题。     

基于树高和树冠因子的立木材积与地上生物量相容模型研究

【目的】无人机机载激光雷达能够准确地测定单木、林分乃至大尺度森林结构参数(树高和树冠因子)。为应用无人机激光雷达技术准确估测森林蓄积量、生物量和碳储量提供计量依据和技术支撑。【方法】以150株实测马尾松生物量样本数据为研究对象,采用非线性回归估计方法和度量误差联立方程组方法,分析立木材积和地上生物量与树高、树冠因子的相关性,并在此基础上研究建立基于树高和树冠因子的立木材积与地上生物量相容模型。【结果】单株材积和地上生物量与树高因子的相关性最为紧密,其次才是树冠因子;基于树高和冠幅因子的二元材积和地上生物量模型预估精度较高,达到92%以上,再考虑冠长因子的三元模型预估精度改进不大;基于树高和冠幅因子的二元立木材积与地上生物量相容模型估计效果更好,相对于一元相容模型系统而言,二元相容模型拟合效果有较大幅度提高,预估精度达到92%以上。【结论】采用度量误差联立方程组方法可以有效解决基于树高和树冠因子的立木材积与地上生物量相容问题,并且预估精度达到92%以上,所建二元立木材积与地上生物量相容模型可为应用激光雷达技术反演森林蓄积量和生物量提供计量依据。     

运用机载LiDAR数据对橡胶林地上生物量估测的采样尺度效应分析

气候变化下,森林生物量遥感监测是当前研究的热点,机载LiDAR作为重要的遥感信息源,其采样大小对生物量估测精度有着一定的影响。以机载LiDAR数据为信息源,以44块30m×30m的方形橡胶林实测样地数据为基础,对机载激光雷达数据进行不同尺寸采样(共21个采样尺寸,边长从10m至30m,间隔为1m),提取不同采样尺寸下的激光雷达参数,并与橡胶林地上生物量建立PLSR模型,就机载激光雷达采样大小对橡胶林地上生物量估测精度的影响进行研究。研究表明:当采样尺寸小于18m时,估测精度随着采样尺寸的增大而增大;而当采样尺寸大于18m时,估测精度随着采样尺寸的增大而减小,进而趋于平缓。结果虽然呈现出一定的规律性,但是差异并不是很明显。当采样尺寸为18m时估测效果最佳,模型决定系数(R^2)为0.718,均方根误差(RMSE)为17.830 t/hm^2;交叉验证精度P和RMSEcv分别为82.741%和18.874t/hm^2。相较于实际样地(30m)尺寸下的估测结果,18m采样尺寸下的R^2提高了1.989%,RMSEcv降低了2.611%。因此,生物量的估测精度受机载激光雷达数据采样尺寸大小的影响,在生物量估测过程中需结合研究对象和研究区的实际情况对采样尺寸进行选择,从而提高生物量估测精度。     

Estimating above-ground biomass by fusion of LiDAR and multispectral data in subtropical woody plant communities in topographically complex terrain in North-eastern Australia

We investigated a strategy to improve predicting capacity of plot-scale above-ground biomass （AGB） by fusion of LiDAR and Land- sat5 TM derived biophysical variables for subtropical rainforest and eucalypts dominated forest in topographically complex landscapes in North-eastern Australia. Investigation was carried out in two study areas separately and in combination. From each plot of both study areas, LiDAR derived structural parameters of vegetation and reflectance of all Landsat bands, vegetation indices were employed. The regression analysis was carded out separately for LiDAR and Landsat derived variables indi- vidually and in combination. Strong relationships were found with LiDAR alone for eucalypts dominated forest and combined sites compared to the accuracy of AGB estimates by Landsat data. Fusing LiDAR with Landsat5 TM derived variables increased overall performance for the eucalypt forest and combined sites data by describing extra variation （3% for eucalypt forest and 2% combined sites） of field estimated plot-scale above-ground biomass. In contrast, separate LiDAR and imagery data, andfusion of LiDAR and Landsat data performed poorly across structurally complex closed canopy subtropical minforest. These findings reinforced that obtaining accurate estimates of above ground biomass using remotely sensed data is a function of the complexity of horizontal and vertical structural diversity of vegetation.     

基于遥感信息的森林生物量估算研究进展

遥感技术已被广泛应用于植被和生态系统的定量研究中,特别是利用遥感技术快速准确地估算森林生物量已取得了突破性的进展。综述了遥感技术在森林生物量估算中的现状,分析了各种遥感数据源在森林生物量估算中的优缺点,并简要总结了遥感技术在森林生物量估算应用方面的发展趋势。     

我国的森林生物量研究

论述了我国森林生物量的研究内容及方法,对乔木层、林下植被、凋落物、粗木质残体、根系以及区域尺度的生物量研究进行了总结,概述了直接收获法、回归模型、平均换算因子法等常见的森林生物量估测方法.最后提出当前我国在研究重点分布、基础数据采集以及空间尺度转换等方面存在的一些问题,指出森林生物量研究在遥感监测等方面的发展趋势.     

森林生物量的估算方法及其研究进展

总结分析生物量模型(包括相对生长关系和生物量-蓄积量模型)和生物量估算参数这2类常用的生物量估算方法,提出今后我国在森林生物量估算领域的研究重点:1)整合经验相对生长方程;2)系统研究生物量估算参数的规律性及其不确定性;3)构建以传统估算方法和3S技术相结合的生物量估算系统.