基于多距离度量kNN模型的森林蓄积量反演

【目的】森林蓄积量是衡量森林质量和生长状况的重要指标。利用遥感技术进行森林蓄积量反演相比传统的森林调查能显著提高森林资源调查效率,对快速获取区域范围森林生长状况,进行高效的资源利用和森林经营管理具有重要意义。【方法】以陕西韩城市为研究区,利用森林资源二类调查数据库提取森林蓄积量实测数据,结合Sentinel-2遥感影像进行森林蓄积量反演。通过线性逐步回归法和重要性评价法分别进行变量筛选,构建多元线性回归模型、支持向量机模型、随机森林模型和基于欧式距离、曼哈顿距离和马氏距离构建的kNN模型进行森林蓄积量估测,通过精度评价比较最终选择估测精度最高的模型进行研究区森林蓄积量反演。【结果】1）马氏距离是最适合构建kNN模型的距离度量。基于马氏距离构建的kNN模型在所有模型中实现了最高的估测精度,决定系数R2为0.66,均方根误差RMSE为10.02 m3/hm2,均方根误差相比随机森林模型、支持向量机模型和多元线性回归分别下降了3.9%、7.8%和29.9%;2）非参数模型在森林蓄积量估测中的精度显著优于参数模型。基于马氏距离构建的kNN模型、随机森林模型、支持向量机模型均方根误差相比多元线性...     

基于国产高分数据的森林蓄积量反演研究

以内蒙古旺业甸林场为研究区,结合地面调查,对高分二号遥感数据进行预处理,并提取光谱信息、植被指数及纹理信息等48个遥感因子,采用Pearson相关系数法筛选出8个因子进行建模。采用多元线性回归、多层感知机、K-近邻、支持向量机、随机森林模型估测森林蓄积量,得到研究区内森林蓄积量反演图。结果表明:1)高分二号影像提取的遥感因子中,基于二阶矩阵的纹理特征均值(Mean)与森林蓄积量的相关性较高;2)随机森林相对于多元线性、多层感知机、K-近邻、支持向量机等方法具有更好的森林蓄积量估测精度,其相对均方根误差(rRMSE)为25.40%;3)研究区内森林蓄积量高的地区主要分布在西部和东南部;森林蓄积量低的地区主要分布在西北部、中部及北部,与实际调查情况一致。国产高分二号影像利用随机森林算法在森林蓄积量反演方面具有一定的潜力。     

基于高分二号的旺业甸林场蓄积量估测模型研究

【目的】为了探究国产高分二号(GF-2)影像在林分蓄积量估测中的潜力,并找到最佳的蓄积量估测模型。【方法】本次实验以内蒙古旺业甸林场为研究区,以高分二号卫星影像为信息源,结合2017年10月份调查的75块样地以及同时期的GF-2影像数据,提取波段特征、植被指数和纹理特征等43个遥感因子作为候选变量,利用Pearson相关系数选择出与蓄积量显著相关的6个变量,采用多元线性回归模型(MLR)、BP-神经网络模型(BP-ANN)、随机森林模型(RF)、支持向量机模型(SVM)和K邻近模型(KNN)进行蓄积量的估测。以决定系数(R^2)、均方根误差(RMSE)、相对均方根误差(RRMSE%)作为5种模型的评价指标,选择出旺业甸林场的最佳蓄积量估测模型,并绘制了研究区的森林蓄积量分布图。【结果】4种机器学习模型的结果明显优于传统的线性模型,其中随机森林(RF)模型和K邻近模型(KNN)均得到了较高的精度,其中RF模型的R^2为0.66,均方根误差为55.2 m^3/hm^2,相对均方根误差为28.1%,KNN模型的R^2为0.64,均方根误差为57.6 m^3/hm^2相对均方根误差为29.3%。【结论】在利用高分二号数据进行旺业甸林场蓄积量估测时,RF和KNN模型在估测针叶林蓄积量时相比于其他模型可以取得更好的结果。     

基于多尺度遥感影像纹理特征的森林蓄积量反演

以国产"高分一号"卫星(以下简称GF-1)获取的遥感影像数据与少量研究区样地数据为数据源,构建以光谱信息与多尺度纹理特征为特征变量的森林蓄积量反演模型,探讨不同尺度下提取的纹理特征对森林蓄积量估测模型准确度的影响,通过对特征变量的优选,寻求一种提高森林蓄积量反演模型的准确度的方法。首先,对覆盖研究区域的GF-1遥感影像进行重采样,得到覆盖研究区域的不同分辨率的影像序列,基于不同窗口大小的灰度共生矩阵提取影像序列的纹理特征,与遥感影像光谱信息共同作为特征变量;然后,使用随机森林(random forest,RF)算法构建森林蓄积量反演模型,对研究区域的森林蓄积量进行估测,分析不同特征变量与窗口大小对森林蓄积量反演模型准确度的影响;最后,通过比较特征变量重要性,确定森林蓄积量反演模型的最佳特征变量与窗口大小选择,对研究区进行森林蓄积量反演,得到研究区域的森林蓄积量分布图。当使用从8m分辨率遥感影像提取的纹理特征与光谱信息作为特征变量时,森林蓄积量反演模型准确度明显优于使用其他特征变量。其中,当灰度共生矩阵窗口大小设置为9×9时,森林蓄积量反演模型准确度最高,为R~2=0.70,RMSE=6.317。在根据重要性对从多尺度遥感影像提取的纹理特征进行选择后,所构建的森林蓄积量反演模型的准确度为R~2=0.74,RMSE=6.439。使用较高分辨率遥感影像提取的纹理特征作为特征变量,可以有效的提升森林蓄积量反演模型的准确度。将基于不同分辨率遥感影像提取到的纹理特征作为特征变量,其模型准确度优于使用单一分辨率遥感影像所提取的纹理特征。     

热带原始森林类型分类和蓄积量遥感反演研究

森林生态系统蓄积量的空间分布及反演研究对碳储量估测、生物多样性保护以及全球气候变化研究起着至关重要的作用,然而,由于森林植被类型的多样性,尤其是对人力所不能及的热带原始林区,森林调查数据缺失,森林蓄积量的估测和反演存在巨大挑战。以巴布亚新几内亚西塞皮克省18.80万hm~2的热带原始雨林区为研究区,利用高分遥感影像RapidEye,QuickBird与Landsat TM,结合野外地面调查数据,对研究区土地覆盖类型进行分类。基于遥感影像得到森林植被参数信息,提取各波段地表反射率、各种植被指数和其他光谱变换形式等遥感因子,利用多元线性逐步回归构建森林蓄积量遥感反演模型,估算研究区森林蓄积量,并结合GIS技术分析其小班尺度上的空间分布特征。结果显示:1)研究区土地覆盖类型可以分为低海拔平原森林、低海拔高地森林、低山森林、稀疏森林、沼泽森林和其它类型共6种,分类精度达79.2%;2)蓄积量遥感反演模型的多元回归模型R~2为0.694,对森林蓄积量有较好的反演精度;3)研究区森林蓄积量的分布特点表现为中部高于周边、北部和中东部山区明显高于西北和东南地区,其与研究区的土地覆盖类型分布相对应。构建的森林蓄积量反演模型对全球热带原始林区的森林资源蓄积量估测具有重要的参考价值。     

基于GF-1的森林蓄积量遥感估测

森林蓄积量是评价森林资源数量的一个重要指标。结合遥感影像和地面调查数据估测森林蓄积量受遥感影像、遥感因子、预处理方法、估测方法等多方面的影响。为研究国产GF-1遥感影像估测森林蓄积量的最佳遥感因子组合方式和较优估测方法,并绘制森林蓄积量空间分布图,为我国森林蓄积量的研究提供理论基础和科学依据。为研究GF-1遥感影像估测森林蓄积量的遥感因子和估测方法,以湖南省醴陵市为研究对象,以国产GF-1遥感影像为数据源,通过对遥感图像预处理,获取光谱信息、纹理因子、植被指数作为特征变量,结合同时期的二类调查样地数据,从GF-1遥感影像像元与样地不匹配角度出发,应用移动窗口的方法解决像元与样地的对应关系,采用多元逐步回归、偏最小二乘回归和随机森林模型对研究区森林蓄积量进行估测,采用建模精度和估测精度进行分析评价。实验结果表明:1)3个模型选择的因子都包含了NDVI、 Band2、DI3、CO1和DVI等5个遥感因子,说明其对森林蓄积量的估测比较敏感;2)随机森林模型优于偏最小二乘回归和多元逐步回归,其决定系数R2为0.73、估测精度为83.69%。利用GF-1遥感影像结合随机森林模型应用于森林蓄积量的估测结果趋于真实分布,效果较理想;采用移动窗口法,利用国产GF-1遥感影像并结合随机森林进行森林蓄积量估测具有较好的应用前景。     

利用遥感数据估测森林蓄积量

以吉林省柳河县为研究区,以Landsat-5 TM遥感影像为基础数据,提取相关因子,建立柳河县森林蓄积量遥感估测模型,经过精度检验,模型的预测精度达到82.36%。利用模型进行森林蓄积量反演,得出该县森林蓄积量为1 226×104m3,实际精度为80.00%。利用遥感技术进行森林蓄积量估测是可行的。     

基于BP神经网络的凌云县森林碳储量遥感反演研究

森林碳储量的正确估算是研究全球碳通量和气候变化的关键。本研究采用2014年森林资源连续清查数据和同时期Landsat 8遥感影像,对凌云县森林碳储量进行遥感反演研究,并分析其空间分布。从遥感影像中提取154个光谱因子和纹理因子,结合逐步回归和方差扩大因子法进行因子筛选,分别构建线性逐步回归、Logistic回归和BP神经网络模型,估算研究区的森林碳储量。结果表明:BP神经网络模型反演森林碳储量精度最高,设置隐含层神经元个数为10时,决定系数最大,均方根误差最小,分别为0.636和16.671 t·hm~(-2);Logistic回归模型估算精度次之,决定系数和均方根误差分别为0.528和17.082 t·hm~(-2);线性逐步回归模型估算精度最低,决定系数最小,均方根误差最大,分别为0.452和17.722 t·hm~(-2)。研究区森林碳储量空间特点表现为山区碳储量大,低海拔人口分布密集地区碳储量小,与实际森林分布一致。     

基于径向基函数神经网络模型的桃江县森林碳储量估测

量化森林碳储量对森林经营者的正确决策至关重要。本文以湖南省桃江县为研究区,根据2013年森林资源一类调查数据和Landsat 8遥感影像,建立多元逐步回归、偏最小二乘回归和径向基函数神经网络模型,开展碳储量的估测方法比较。结果表明:三种方法中,径向基函数神经网络模型估测森林碳储量效果最好,决定系数达到0.645,相对均方根误差为15.582 t·hm~(-2);其次为偏最小二乘回归模型,决定系数和相对均方根误差分别为0.511和17.135 t·hm~(-2);多元逐步回归模型精度最低,决定系数和相对均方根误差分别为0.431和18.105 t·hm~(-2)。径向基函数神经网络模型反演的研究区森林碳储量分布图表明,海拔高的地方碳储量较大,城区碳储量较小,与实际植被分布情况一致。     

基于多源遥感的森林地上生物量KNN-FIFS估测

【目的】针对多源遥感数据及其派生特征因子数据维度高、信息冗余、易造成估测模型过拟合等问题,从高维度遥感特征因子中高效优化特征组合,优化区域森林地上生物量(AGB)的k最近邻(k-NN)估测模型。【方法】提出基于快速迭代特征选择的k最近邻法(KNN-FIFS),以森林资源样地调查数据计算的森林AGB为参考,以留一法交叉验证(LOO)相应的k-NN模型反演的森林AGB均方根误差(RMSE)最小为原则,依次迭代选取遥感特征,优化区域森林AGB的k-NN估测模型。以大兴安岭根河森林保护区为研究区,结合Landsat-8 OLI各波段光谱信息、植被指数、纹理、地形因子、机载合成孔径雷达(SAR)P-波段HV极化后向散射强度信息(PHV)以及森林资源样地调查数据,利用KNN-FIFS方法估测研究区森林AGB,并与多元线性逐步回归法(SMLR)进行对比分析。【结果】利用KNN-FIFS方法,得到当k为3,特征组合为PHV、短波红外波段一均一性(H6)、短波红外波段一二阶矩(S6)、短波红外波段二二阶矩(S7)、海蓝波段相关性(Cr1)、近红外波段相关性(Cr5)、海蓝波段相异性(D1)、增强型植被指数(EVI)时,研究区森林AGB估测结果最优,其精度(R~2=0.77,RMSE=22.74 t·hm~(-2))显著优于SMLR估测精度(R~2=0.53,RMSE=32.37 t·hm~(-2))。【结论】KNN-FIFS方法相比SMLR更适用于森林AGB多源遥感估测;KNN-FIFS方法可以从高维度遥感特征因子中高效选取相关特征进行森林AGB估测。     

结合Landsat 8与PALSAR-2影像的龙南县针叶林蓄积量遥感估测研究

林分蓄积量估测是林业遥感的重要研究领域,由于云雾天气和光谱饱和现象等因素限制了光学遥感影像估测林分蓄积量的精度。合成孔径雷达(SAR)具有穿透性强、受云雾影响小等特点,弥补了光学遥感的不足。以江西省龙南县的针叶林为研究对象,结合Landsat 8与PALSAR-2双极化SAR影像数据,在遥感数据预处理基础上,提取了光谱信息、植被指数、纹理信息和后向散射系数等共245个遥感因子。基于Pearson相关系数法和多元逐步回归法,筛选出65个遥感因子参与林分蓄积量估测。以林分郁闭度作为分层因子,分别采用线性、KNN、支持向量机(SVM)、多重感知机(MLP)和随机森林(RF)5种模型估测林分蓄积量,并对估测结果进行精度检验。实验结果表明:1)相比单独使用Landsat 8的光谱和纹理信息,基于郁闭度分级并融合PALSAR-2的后向散射信息明显提高了蓄积量的反演精度;2)对于低郁闭度林分,线性模型精度最高(rRMSE=21.16%),中郁闭度林分,多重感知机模型估测效果最好(rRMSE=30.61%),高郁闭度林分,多重感知机模型估测效果最好(rRMSE=27.53%)。在结合PALSAR-2的后向散射系数的基础上,郁闭度分层能有效改善中高蓄积量区域的反演精度。     

崂山林场林分生物量遥感反演估算研究

以Landsat TM影像和高分一号影像为数据源,结合外业实测数据,利用遥感影像和实测数据建立崂山林场生物量多元线性反演模型,比较分析不同数据源下反演出的模型精度,估测了崂山林场森林生物量。研究发现,利TM遥感影像作为数据源的崂山林场森林生物量反演模型平均精度为77.12%。高分一号遥感数据反演的生物量模型平均反演精度达到80.75%,高于TM数据源下的生物量反演模型精度。分别根据TM遥感影像和高分一号遥感影像林分生物量估测模型,估测的崂山林场2009年的林分生物量为401185.62t,2013年的林分生物量为402485.44t。     

Forest type identification by random forest classification combined with SPOT and multitemporal SAR data

We developed a forest type classification technology for the Daxing'an Mountains of northeast China using multisource remote sensing data.A SPOT-5 image and two temporal images of RADARSAT-2 full-polarization SAR were used to identify forest types in the Pangu Forest Farm of the Daxing'an Mountains.Forest types were identified using random forest(RF) classification with the following data combination types: SPOT-5 alone,SPOT-5 and SAR images in August or November,and SPOT-5 and two temporal SAR images.We identified many forest types using a combination of multitemporal SAR and SPOT-5 images,including Betula platyphylla,Larix gmelinii,Pinus sylvestris and Picea koraiensis forests.The accuracy of classification exceeded 88% and improved by 12% when compared to the classification results obtained using SPOT data alone.RF classification using a combination of multisource remote sensing data improved classification accuracy compared to that achieved using single-source remote sensing data.     

基于Landsat时间序列数据的森林地上生物量估测研究进展

利用时间序列遥感数据可以提高森林生物量估测精度和估测生物量动态变化,为森林碳储量和气候变化研究提供更为精确的反演基础。文中基于Landsat时间序列数据研究森林地上生物量的遥感估测方法,从数据预处理、数据重构、遥感因子选取以及模型构建与精度评价4个方面进行回顾和评述,并提出研究建议与展望。     

国外森林地上部分碳汇遥感监测方法综述

森林的碳汇功能对缓解气候变化具有重要作用, 森林碳汇的计量和监测方法备受关注, 其中应用遥感方法对森林地上部分碳汇进行监测计量已经成为目前林业遥感的热点。文中基于光学遥感、微波雷达和激光雷达3种常用的遥感数据源综述了国外森林地上部分碳汇遥感监测的主要方法, 并讨论了这些监测方法的精度和不确定性。得出:1)基于光学遥感数据的多元回归分析法在森林地上部分碳汇估算中应用最为广泛, 人工神经网络法具有更高的估算精度; 2)微波雷达系统能够穿透云层, 可用于多云地区森林地上部分碳汇的估算; 3)基于激光雷达数据的估算结果是三者中精度最高的, 可用于高生物量地区森林地上部分碳汇的监测。     

基于Landsat长时间序列的森林扰动参数提取与树高估算

【目的】研究基于遥感影像的森林扰动信息定量提取及其对树高估算的影响,为遥感反演森林参数(树高、生物量)提供参考和借鉴。【方法】选取黑龙江省凉水国家级自然保护区为研究区,以1984—2006年33期Landsat TM/ETM+多光谱遥感影像为数据源,对其进行缨帽变换提取缨帽角(TCA)和缨帽距离(TCD)2个扰动监测指数,采用时间轨迹分析方法(LandTrendr)对TCA与TCD指数进行时间序列重构,分别提取扰动发生的前一年(DBYEA)、扰动发生前的光谱值(DBVAL)、扰动持续时间(DDUR)、扰动量级(DMAG)、扰动后开始修复的时间(RBYEAR)、扰动后开始修复的光谱值(RBVAL)、修复量级(RMAG)和修复持续时间(RDUR)8个时间序列扰动参数。基于单时相Landsat影像光谱信息与单时相Landsat影像光谱信息+森林扰动参数2组变量分别采用随机森林(RF)算法估算树高。【结果】采用单时相Landsat影像光谱信息结合基于TCA和TCD提取的16个时间序列扰动参数建立的树高反演模型预估精度比采用单时相Landsat影像光谱信息建立的树高反演模型预估精度提高6.34%,均方根误差(RMSE)降低0.50 m。树高反演模型中基于TCA提取的时间序列扰动参数变量重要性高于基于TCD提取的时间序列扰动参数变量重要性。【结论】基于LandTrendr提取的森林时间序列扰动参数能够增强反射率与树高之间的相关性,提高遥感树高模型的反演精度,基于TCA提取的森林时间序列扰动参数对树高的解释能力高于基于TCD提取的森林时间序列扰动参数。     

基于高分二号遥感数据的森林自然度等级划分

以地面样点为基础的森林自然度评价方法很难获得区域范围森林自然度等级,针对该问题,提出了利用高分遥感卫星影像数据,划分区域范围森林自然度等级的方法。以湖北竹山县九华山林场为试验区域,在选取研究区典型样地的基础上,结合高分二号(GF-2)遥感影像数据的特点,从GF-2影像上提取遥感光谱、纹理等特征并结合地形特征,采用随机森林算法在大尺度范围对九华山林场森林自然度等级进行分类研究。结果发现:以GF-2数据为基础提取的植被指数、光谱、纹理等特征与地形特征结合,采用随机森林算法可较好地划分森林自然度等级,总体分类精度高达93.97%,Kappa系数为0.91。对森林自然度等级影响最重要的6个特征因子为高程、坡向、坡度、纹理均值、光谱主成分变化分量和归一化植被指数(NDVI)。结果表明,基于遥感影像提取的特征和地形特征结合进行森林自然度等级划分的研究方法具有可行性,为大面积区域的森林自然度等级划分奠定基础。     

基于ALOS数据的巨尾桉蓄积量遥感估测——以广西平南县为例

蓄积量是森林资源监测的一项重要指标,蓄积量遥感估测一直是林业遥感研究的重要内容。本文采用ALOS数据为遥感信息源,以广西自治区平南县优势树种巨尾桉为研究对象,分析选取影响巨尾按蓄积量估测主要的遥感信息和地理信息因子,结合郁闭度实地调查因子,建立了巨尾桉蓄积量估测模型,模型精度达91．18％。     

基于SuperMap Objects的森林病虫害遥感监测与预测系统的设计与实现

近年来,我国森林病虫害的发生面积逐年递增,危险性病虫害不断出现.为了保护森林资源,防患于未然,必须及时开展森林病虫害监测与预测工作.以遥感图像为主要数据源,地理信息系统软件SuperMap Objects为二次开发平台,采用面向对象的方法和组件式GIS技术,结合病虫害监测与预测模型,以VB为开发工具进行二次开发,建立了林业病虫害遥感监测与预测系统,并以塞罕坝机械林场遥感数据为例,对本系统进行了测试.结果认为,系统技术先进、具有创新性,具有良好的界面和可操作性,结构合理,信息内容全面.