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《中南林业科技大学学报(自然科学版)》2020,(8)
【目的】森林是陆地生态系统的重要组成部分,精确估测森林地上生物量对森林资源的经营管理具有指示作用,对研究全球碳循环具有重要意义。为了改善单一来源遥感数据估测森林地上生物量的不足,探讨了联合高分三号(Gaofen-3,GF-3)全极化(Polarimetric synthetic aperture radar,PolSAR)数据极化分解参数和Landsat-8 OLI数据估测森林地上生物量的可行性,并针对多源遥感数据的冗余问题优化特征组合。【方法】以广西南宁市高峰林场为研究区,结合森林样地调查数据,提取GF-3 PolSAR数据的后向散射系数、极化分解参数和Landsat-8 OLI数据的光谱信息、植被指数、纹理,使用基于序列前向特征选择的K最近邻法(K-nearest neighbor based on sequence forward feature selection,KNN-SFS)估测研究区的森林地上生物量,以留一法交叉验证得到的森林地上生物量预测值和实测值之间的均方根误差(Root mean square error,RMSE)最小为原则,对比验证使用多源遥感数据和单一来源遥感数据时的估测结果,寻求估测森林地上生物量的最优特征组合,基于最优特征组合绘制研究区的森林地上生物量空间分布图。【结果】结合GF-3 PolSAR数据和Landsat-8 OLI数据估测研究区森林地上生物量的精度为RMSE=21.05 t·hm~(-2),R~2=0.75,优于仅使用GF-3 PolSAR数据估测的精度(RMSE=28.38 t·hm~(-2),R~2=0.47)和仅使用Landsat-8 OLI数据估测的精度(RMSE=29.52 t·hm~(-2),R~2=0.42)。【结论】多源数据协同反演森林地上生物量可以提高估测的精度,基于KNN-SFS方法联合GF-3 PolSAR数据与Landsat-8 OLI数据可以较好地估测森林地上生物量。 相似文献
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【目的】确定思茅松林生物量遥感估测的光饱和点,构建空间全局和局域遥感信息模型反演思茅松林生物量,为思茅松林生物量遥感估测提供参考。【方法】以云南省普洱市思茅松林为研究对象,基于Landsat8 OLI遥感影像数据和森林资源二类调查数据,运用二次项函数和幂函数求解思茅松林生物量光饱和点,采用普通最小二乘模型(OLS)、空间滞后模型(SLM)、空间误差模型(SEM)和地理加权回归模型(GWR)构建遥感信息模型,估测思茅松林地上生物量。【结果】1)普洱市思茅松林Landsat8 OLI遥感估测地上生物量的光饱和点为106.3 t·hm~(-2);2)空间回归模型拟合精度较高,尤其是GWR模型具有最高的R2(0.373)和最小的AIC(4 577.8),其拟合精度显著高于OLS、SLM和SEM模型;3)独立性样本检验结果表明,GWR模型的预估精度最高,且通过刀切法检验可知GWR模型在高值阶段(≥100 t·hm~(-2))和低值阶段(0～50 t·hm~(-2))的生物量估测能力强于OLS、SLM和SEM模型;4) GWR模型反演计算结果表明,思茅松林单位面积地上生物量为66.496 t·hm~(-2),与实测值偏差23.511%,估测误差低于OLS、SLM和SEM模型。【结论】对普洱市思茅松林生物量进行遥感估测时,GWR模型优于OLS模型和其他空间全局回归模型,且GWR模型可在一定程度上解决高值低估和低值高估问题,减小光饱和点对遥感估测精度的影响。 相似文献
3.
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。 相似文献
4.
【目的】探究Landsat8 OLI数据和KNN算法在森林蓄积量估测中的潜力。【方法】以湖南省湘潭县为研究区,采用Landsat8 OLI数据和同时期的二类调查数据,通过距离相关系数筛选特征,分别采用线性回归模型(MLR)、K-近邻模型(KNN)、距离加权KNN模型(DW-KNN)和优化欧式KNN模型(FW-KNN)对森林蓄积量进行估测。使用十折交叉方法进行精度检验,对检验结果进行对比分析。【结果】3种KNN模型的估测结果均高于传统的线性模型,并且在3种KNN模型中,FW-KNN算法效果最好,决定系数达到0.69,为3种模型中最高;3种KNN模型中,本研究优化欧氏距离KNN模型的估测精度最高,其均方根误差为30.3%,相比于传统KNN模型的均方根误差降低了5.1%,相比于DW-KNN模型降低了3.3%。【结论】采用DW-KNN蓄积量估测结果明显优于其他两种模型,说明通过特征与蓄积量的相关性优化样本间的距离是一种可行的KNN优化方法。 相似文献
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为研究SAR影像结合光学影像反演叶片含水量的可行性,本文以吉林省长春市净月潭国家森林公园为研究区,以Sentinel-1B、Landsat8 OLI遥感影像和通过外业调查获取的叶片含水量为数据源,通过相关性分析,选取出与叶片含水量相关性较大的波段组合和植被指数,并对其进行主成分提取,建立主成分与叶片含水量之间的线性、二次多项式、三次多项式和指数模型,并利用精度最高的模型反演出净月潭国家森林公园的叶片含水量。结果表明:(1) Sentinel-1B的VV极化、VH/VV极化比和OLI传感器的短波红外1波段、短波红外2波段、归一化水分指数(NDWI)、比值植被指数(RVI)与叶片含水量相关性较大;(2) Sentinel-1B和Landsat8 OLI数据结合相较于仅使用Landsat8 OLI数据、提取出的主成分与叶片含水量相关性较高;(3)利用提取出的主成分与叶片含水量建立的反演模型中三次多项式模型的拟合精度最高(R2=0.629 9,RMSE=0.035 8)。表明Sentinel-1B结合Landsat8 OLI数据能较好得反演出针叶林的叶片含水量。 相似文献
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基于机载激光雷达点云和随机森林算法的森林蓄积量估测 总被引：1，自引：0，他引：1
《林业科学》2021,57(8)
【目的】基于机载激光雷达点云数据提取的森林高度参数和郁闭度,结合分层地面样地调查数据,采用随机森林算法构建森林蓄积量估测模型,分析机载激光雷达点云数据在森林蓄积量反演方面的潜力,为森林蓄积量高效准确估测提供方法依据。【方法】以直径30 m的地面样圆离散点云数据为数据源,经数据校准等预处理后,利用Li DAR360软件提取森林高度参数(最大高、平均高等)和郁闭度,并将数据随机分成训练数据(70%)和验证数据(30%)。采用随机森林算法构建森林蓄积量估测模型,对仅用高度参数建模以及联合高度参数和郁闭度建模结果进行比较;同时运用R软件VSURF工具包筛选建模变量,对筛选后变量的建模结果进行分析。【结果】仅用高度参数建模的估测精度为R~2=0.75、RMSE=40.07 m~3·hm~(-2)、MAE=29.21 m~3·hm~(-2)、MRE=49.40%,联合高度参数和郁闭度建模的估测精度为R~2=0.79、RMSE=36.23 m~3·hm~(-2)、MAE=26.16 m~3·hm~(-2)、MRE=38.35%。通过变量筛选,建模参数从24个减少至7个,可极大提高运算效率,同时R~2未变化,RMSE从36.23 m~3·hm~(-2)升至36.50 m~3·hm~(-2),rRMSE从31.92%升至32.97%,MAE从26.16 m~3·hm~(-2)降至26.08 m~3·hm~(-2),MRE从38.35%降至38.05%。【结论】机载激光雷达点云数据可以提取森林的垂直结构信息(高度参数)和水平结构信息(郁闭度),具备三维结构参数提取能力。采用随机森林算法,增加林分郁闭度信息可显著提高森林蓄积量估测精度。通过变量筛选,虽然能够降低参数数量,但对模型精度具有一定影响,在建模精度要求较高的情况下,建议使用全变量进行蓄积量估测;而在数据量较大的情况下,建议使用筛选变量进行蓄积量估测。基于机载激光雷达点云数据估测森林蓄积量显著优于光学遥感数据,可为森林蓄积量高效准确估测提供方法依据,能够满足大范围森林蓄积量快速反演需求。 相似文献
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8.
基于多源遥感的森林地上生物量KNN-FIFS估测 总被引：2，自引：0，他引：2
【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。 相似文献
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【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。 相似文献
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[目的]研究基于遥感因子与地形因子构建香格里拉市高山松地上生物量非线性混合效应估测模型,提高高山松地上生物量估测精度.[方法]以2015年和2018年Landsat 8 OLI与对应年份样地实测数据为基础,通过二元生物量模型计算出高山松地上生物量.提取植被指数、纹理等遥感因子.将地形因子按照一定等级进行划分后作为模型因... 相似文献
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基于机器学习和多源数据的湘西北森林地上生物量估测 总被引：1，自引：0，他引：1
《林业科学》2021,57(10)
【目的】针对传统森林资源清查方法成本高、时效性低和结果统一性差等问题,基于多源遥感数据,采用机器学习算法选择特征变量并建立估测模型,制作森林地上生物量(AGB)面分布产品,为森林资源信息化调查提供技术手段。【方法】以湖南省西北部为研究区,利用生物量异速生长方程将森林资源样地调查数据转换为AGB,筛选到393个样地AGB参考值。以Landsat-8数据为光学遥感数据源,提取各波段光谱信息、植被指数、纹理特征以及缨帽变换各分量;以ALOS PALSAR-2、Sentinel-1数据为雷达遥感数据源,提取各极化方式后向散射强度和归一化极化差分指数。结合高程、坡度、坡向地形因子,获得122个备选特征变量。采用逐步回归方法和随机森林(RF)算法筛选建模变量,分别建立多元线性回归(MLR)、RF和支持向量回归(SVR)模型。以均方根误差(RMSE)、相对均方根误差(rRMSE)和决定系数(R~2)为模型评价指标,运用十折交叉验证法评价模型效果,选择最佳模型完成生物量制图,并选取5种中国或全球尺度生物量制图产品进行比较分析。【结果】在训练集上,RF模型表现最好(RMSE=12.8 mg·hm~(-2),rRMSE=21.1%,R~2=0.93),其次为SVR模型(RMSE=26.1 mg·hm~(-2),rRMSE=43.3%,R~2=0.55),MLR模型表现最差(RMSE=30.9 mg·hm~(-2),rRMSE=50.5%,R~2=0.39);在测试集上,采用RF算法建立的模型表现(RMSE=30.1 mg·hm~(-2),rRMSE=51.3%,R~2=0.42)同样优于MLR(RMSE=32.6 mg·hm~(-2),rRMSE=54.1%,R~2=0.30)和SVR(RMSE=32.8 mg·hm~(-2),rRMSE=55.3%,R~2=0.25)。3种模型均显示出一定程度的低值高估和高值低估现象。RF模型选择出13个建模变量,包括PALSAR-2后向散射信息、高程以及Landsat-8光谱信息、植被指数、缨帽变换湿度与绿度分量差值。应用RF模型完成区域生物量制图,与其他产品对比,能够基本反映研究区内生物量分布情况,并显示出丰富的生物量分布细节信息,生物量范围为0～119 mg·hm~(-2),平均生物量为37.5 mg·hm~(-2),标准差为35.9 mg·hm~(-2)。【结论】结合多源遥感数据与机器学习算法,能够准确、快速地测算大范围生物量,具有较大应用潜力。相比SVR和MLR模型,RF模型在AGB估测上的表现更优,RF算法能够从多源变量中有效筛选出适用于AGB机器学习建模的变量。 相似文献
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《中南林业科技大学学报(自然科学版)》2016,(5)
基于2007年建德市森林资源二类调查数据和TM影像数据,采用蓄积量—生物量换算因子连续函数法计算松树生物量,对松树树种分立地质量等级和不分地位等级2种类型建立生物量的遥感估测模型,并进行精度检验。结果表明:(1)以TM遥感影像主成分分析中第一主成分为自变量的模型拟合效果最好,决定系数R2均在0.6以上,最高0.773。(2)利用预留独立样本对模型精度进行验证,不分地位级总体估测精度为92.51%,分立地质量等级好、中、差3种类型总体估测精度分别为97.66%、96.56%、97.32%,分不同立地质量等级建模精度明显优于统一建模的精度。研究结果为森林生物量遥感估测提供一种改进的思路,且为提高森林生物量和碳储量遥感估测精度提供一种参考方法。 相似文献
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基于高分2号遥感数据估测中亚热带天然林木本植物物种多样性 总被引：2，自引：0，他引：2
【目的】探索高分2号遥感数据与中亚热带天然林木本植物物种Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀性指数之间的关系,为森林经营管理和保护策略提供参考。【方法】提取高分2号多光谱数据的原始波段、植被指数、纹理特征和全色波段纹理特征,使用随机森林算法筛选变量并对3种多样性指数进行建模,设置不同纹理提取窗口来寻找最优窗口。【结果】基于随机森林算法的RFE冗余变量去除方法可从众多遥感变量中快速选择对模型精度具有显著贡献的少量变量。多光谱数据3×3窗口纹理特征、全色数据7×7窗口纹理特征和植被指数结合的特征集对3种多样性指数具有较好估测结果,其决定系数(R~2)和均方根误差(RMSE)分别为0.47和0.300(Shannon-Wiener多样性指数)、0.53和0.042 (Simpson多样性指数)、0.61和0.051 (Pielou均匀性指数)。植被指数中类胡萝卜素反射率指数与3种多样性指数具有显著相关关系。【结论】高分2号遥感数据中的植被指数和纹理特征可有效估测研究区森林木本植物物种多样性。类胡萝卜素反射率指数可体现森林中类胡萝卜素相对于叶绿素的含量,在秋冬季节作为反映常绿树种和落叶树种分布的指数,对森林木本植物物种多样性估测具有最大贡献。使用星载遥感数据预测的多样性和均匀性指数分布可有效监测森林木本植物物种多样性变化。 相似文献
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【目的】基于无人机数据采用3种分层方案构建冠层盖度-乔灌木地上部分生物量模型以及基于Landsat8 OLI数据采用3种分层方案构建不同光谱指数-乔灌木地上部分生物量模型,对比分析不同分层方案的乔灌木地上部分生物量模型精度,以期为基于遥感数据的干旱区人工林乔灌木地上部分生物量高精度反演提供理论依据。【方法】在毛乌素沙地实地调查102块30 m×30 m样地,基于高分辨率无人机影像,利用面向对象的机器学习算法获取乔灌草植被覆盖度信息,采用3种分层方案（不分层、基于乔木和灌木2种植被类型分层、基于5个树种分层）构建冠层覆盖度-乔灌木地上部分生物量模型。基于Landsat8 OLI影像,使用6种光谱指数（NDVI、RVI、MSAVI、TCG、NDMI、NIRv）,结合无人机影像解译草本植被覆盖度,采用3种分层方案（不分层、有无草本植被样地分层、3个草本植被覆盖度等级样地分层）构建不同光谱指数-乔灌木地上部分生物量模型。【结果】不分层的冠层覆盖度-乔灌木地上部分生物量模型鲁棒性最差（R2=0.22,n=102）,且估算精度最低(RMSE=14.98 t·hm-2... 相似文献
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精确估测森林生物量是分析森林碳动态和碳循环的基础。本研究采用汝城县森林资源连续清查数据,结合Landsat 8遥感影像,分析了森林地上生物量的空间自相关和空间异质性,并选取显著相关的植被指数因子,分别构建普通最小二乘模型、空间滞后模型以及地理加权回归模型,并绘制汝城县森林地上生物量的空间分布图。结果表明:通过对森林地上生物量的空间效应分析,发现样地生物量的空间自相关和空间异质性不容忽视。与普通最小二乘回归相比,空间滞后模型和地理加权回归模型可以减少空间效应对森林地上生物量估测的影响。地理加权回归模型可以最大程度地减少过高或过低估计,估测森林地上生物量的精度最高,决定系数达到0.756,均方根误差和平均相对误差最小,分别为17.288 t·hm~(-2)和-8.542%。因此使用Landsat 8遥感影像结合地理加权回归方法在改善森林地上生物量的估测中具有巨大潜力。 相似文献
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以云南省宜良森林二类调查数据为样本,基于Google Earth Engine云平台Landsat 8 OLI影像,结合植被因子、纹理特征以及K-T变化为自变量,构建了多元线性回归和随机森林的建模方法,建立了森林蓄积量反演模型.以宜良县云南松为研究对象,运用Landsat8 OLI遥感影像数据结合地面角规控制样地调查数... 相似文献
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基于幂律分布的森林燃烧生物量卫星遥感估测方法 总被引：1，自引：0，他引：1
《林业科学》2017,(10)
【目的】利用长时间序列卫星遥感数据产品按森林类型建立大区域燃烧生物量估测模型,并按年生成不同森林类型的燃烧生物量,为我国年林火碳排放估测提供一种新的技术手段。【方法】采用覆盖我国陆地区域的2001—2014年MODIS火产品数据(MOD14A2),按3种森林类型分析该数据产品中的火灾辐射率(FRP)分布特性,并按森林类型构建基于幂律分布的燃烧生物量估测模型,对我国2001—2014年各年林火消耗的森林生物总量进行估测;利用对数形式的概率分布函数线性回归拟合方法求解模型幂参数m;选取每年10场左右的典型森林火灾建立回归方程,修正每年的火灾持续时间d,并以年为单位估测我国不同森林类型因燃烧消耗掉的生物量;同时,利用林火排放物计算模型结合MODIS火烧迹地数据集(MCD45A1),对估测的燃烧生物量进行对比分析。【结果】阔叶林、针叶林和灌木林的FRP数据均呈幂律分布规律,在2001—2014年14年中,林火导致全国的阔叶林年消耗总生物量在0.94~1.37 Mt之间、针叶林在0.80~1.92 Mt之间、灌木林在0.37~0.53 Mt之间。通过与林火排放物计算模型对比分析发现,这2种方法的估测结果在某些年份差异显著,甚至林火排放物计算模型估测的某些年份森林燃烧生物量超过本文研究方法估测的14年总结果。相比国家统计局公布的森林火灾发生次数和森林过火面积,本文研究方法估测的结果和年际变化更符合我国森林火灾发生规律。【结论】基于长时间序列的MODIS火产品数据表明,我国阔叶林、针叶林和灌木林燃烧释放的能量具有幂律分布特性;基于该分布特性,构建按森林类型估测全国森林因燃烧消耗的年森林生物总量模型,并估测出逐年森林因燃烧消耗的森林生物总量,通过与林火排放物计算模型估测的全国同年林火消耗掉的森林生物总量进行对比,该方法比林火排放物计算模型的估测结果更准确。 相似文献
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《中南林业科技大学学报(自然科学版)》2020,(6)
【目的】森林蓄积量是反映森林资源总规模和水平的基本林分调查因子之一,也是衡量森林资源丰富程度和森林生态环境优劣的重要依据。为探索更优的森林蓄积量建模和估测方法,以期为林业科学中森林蓄积量的估测研究提供新的方法与思路。【方法】以浙江省龙泉市为研究区,以单位蓄积量(m3/mu)为研究对象,集成森林资源二类调查数据、高分二号遥感影像数据、数字高程模型(DEM)数据。通过逐步回归特征选择方法选取与蓄积量相关的自变量因子,在不区分树种的情况下,利用极端梯度提升(eXtreme gradient boosting,XGboost)方法、决策树梯度提升(Light generalized boosted regression models,LGBM)方法和梯度提升(Gradient boosting)方法分别建立蓄积量估测模型。然后,基于区分针叶林、阔叶林、针阔混交林的情况下,用XGboost方法再次建立蓄积量估测模型,并与未区分树种情况下的估测结果进行对比。采用十折交叉验证法对模型性能指标进行检验。【结果】在不区分树种的情况下,XGboost呈现了最佳的效果,优于LGBM方法和Gradient boosting方法,其建模精度为89.65%,估测精度为83.19%。在区分树种结构下,XGboost方法的建模精度(89.31%)与不区分树种情况下没有明显区别,但估测精度(84.5%)有一定提升,其中针叶林的效果最好。【结论】逐步回归特征选择方法结合XGboost方法能够取得最好的森林蓄积量估测效果,区分树种能够在一定程度上提高模型的泛化能力。XGboost方法在实践中使用方便,提供了在短时间内估测森林蓄积量的可能性,从而为森林蓄积量的估测提供了新的方法。 相似文献
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《中南林业科技大学学报(自然科学版)》2016,(1)
以高分一号遥感影像为数据源,结合外业实测数据,通过提取植被指数因子、波段组合因子以及地形因子等19个因子,建立崂山林场生物量多元线性反演模型,进而分析该反演模型的精度和优缺点,估测崂山林场森林生物量。结果表明:应用多元线性回归法建立的生物量模型平均反演精度达到80.75%;根据反演出的林分生物量估测模型,估测崂山林场2013年的林分生物量为402 485.44 t。 相似文献