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基于机载大光斑激光雷达的森林冠层高度估测 总被引：1，自引：1，他引：0
利用国家林业和草原局卫星林业应用中心设计研发的机载林业探测大光斑激光雷达回波数据,基于Matlab2014a软件对光斑数据进行数据读取、背景噪声估计、信号起始位置判断、地面回波位置确定,从而估测光斑位置下森林冠层高度。通过选取样地位置附近连续10组大光斑回波波形对森林冠层高度进行估测,并与样地实测森林冠层高度进行精度验证。结果表明:机载林业探测大光斑回波波形对7种森林冠层高度均有不同程度的估测能力,其中以胸高断面积加权平均高、优势树种平均木平均高估测效果最好,相对误差分别为4.36%和8.29%,RMSE(均方根误差)为1.40 m和1.55 m;对优势木平均高H、优势木平均高D估测能力最差,相对误差为19.81%和22.00%,RMSE为2.99m和3.34m。 相似文献
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《中南林业科技大学学报(自然科学版)》2019,(12)
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。 相似文献
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激光雷达在森林垂直结构参数估算中的应用 总被引：3，自引：3，他引：3
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。 相似文献
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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。 相似文献
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《林业科学》2016,(5)
【目的】将ICESat-GLAS波形数据与HJ-1A/HSI高光谱数据联合,借助HSI高光谱数据提供的连续高分辨率光谱信息,实现区域森林冠层高度的估测,降低由于GLAS光斑呈离散条带状分布无法覆盖整个研究区造成的估测误差。【方法】首先,从平滑后的ICESat-GLAS波形数据中提取波形参数(波形长度W和地形坡度参数TS),基于W和TS建立GLAS森林冠层高度估测模型,并利用此模型计算研究区所有GLAS光斑内的森林冠层高度;然后,采用最小噪声分离法(MNF)对HJ-1A/HSI高光谱数据进行降维,提取前3个MNF分量(MNF1,MNF2,MNF3);最后,基于支持向量回归机(SVR)算法,利用GLAS估测的森林冠层高度和3个MNF分量建立区域森林冠层高度SVR估测模型,并估测研究区内无GLAS光斑覆盖区域的森林冠层高度,生成森林冠层高度分布图。【结果】从ICESat-GLAS波形数据中提取的地形坡度参数TS与野外实测地形坡度具有显著线性关系(R2=0.78);基于W和TS建立的GLAS森林冠层高度估测模型的R~2=0.78,RMSE=2.51 m,模型验证的R~2=0.85,RMSE=1.67 m;基于支持向量回归机算法建立的SVR模型建模的R2=0.70,RMSE=3.62 m,模型验证的R2=0.67,RMSE=4.42 m。采用野外数据对最终得到的森林冠层高度分布图的估测误差进行分析,结果估测误差最大值为7.10 m,最小值为0.07 m,平均值为1.78 m,估测误差的标准差为1.49 m,Q1为0.75 m,Q3为2.31 m。【结论】从ICESat-GLAS波形数据中提取的地形坡度参数TS能够很好地反映地形坡度的变化,本研究建立的线性关系模型可克服对数关系模型在平坦地区解释困难的问题。基于支持向量回归机算法,将ICESat-GLAS波形数据与HJ-1A/HSI高光谱数据联合,可克服ICESat-GLAS由于光斑呈离散条带状分布无法实现区域森林冠层高度估测的不足,实现对区域森林冠层高度的高精度估测。 相似文献
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小光斑激光雷达数据估测森林树高研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
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。 相似文献
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机载小光斑LIDAR的森林参数评估 总被引：3，自引：1，他引：2
使用小光斑机载激光雷达遥感得到森林结构参数是一个突破性技术。由于这个技术应用于树冠测量国内还相对比较新,所以需要大量的试验来整合实测数据和激光雷达遥感数据,并在后续分析和处理过程中获取森林应用急需的结构参数。随着数据存储能力和处理速度的提高,现在已经可以通过数字化采样来存储整个反射波形,而不仅仅是由系统提取出来的三维坐标(即离散点云)。通过对波形进行分析,可以更加详细地了解物体的纵向结构,比如表面倾斜、粗糙度、反射率。本文采用改进的EM算法分解原始波形数据,并得到植被高度、林冠下地形、冠层体积、地表反射率、植被反射率、森林郁闭度来描述森林的水平和垂直结构特性。 相似文献
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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。 相似文献
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【目的】集成多时期航片数据和由机载激光雷达数据获取的密集林区数字高程模型,估测多时期杉木人工林冠层高度,并对其生长情况进行定量监测,为多时期航片监测森林生长趋势和评价林地生产力提供可能。【方法】首先基于分类后的激光雷达点云数据获得林下高精度数字高程模型和森林数字表面模型,利用航片数据构建立体像对,通过自动立体匹配算法生成森林冠层的摄影测量数字表面模型,然后借助数字高程模型将2种数字表面模型进行高度归一化,提取研究区多时期森林冠层高度。利用1996、2004年历史航片和2014年数字航片以及激光雷达数据,构建18年内皖南杉木人工林3期森林冠层高度,并对其精度进行分析。【结果】1)由2014年数字航片和激光雷达数据获取的森林冠层高度的R^2为0. 52,RMSE为1. 79 m; 2)由2014年数字航片处理得到的森林冠层高度与对应样地实测上层木的平均高验证精度较高,平均绝对误差1. 59 m,平均相对误差15%,最大绝对误差3. 45 m,最大相对误差30. 80%,测量精度85. 00%; 3)由1996、2004、2014年航片得到3期杉木人工林冠层高度,其增长趋势与树高生长曲线预测趋势一致。【结论】在多山复杂地形条件下,利用航片可准确定量反映山脊向阳面的森林冠层高度变化,但对于山谷阴影处,则会出现冠层高度被低估情况,利用多期航片结合高精度DEM数据可定量反映上层木的冠层高度变化。 相似文献
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《林业资源管理》2021,(4)
海南保存着我国仅有的几处热带雨林之一。系统获取热带雨林天空地数据,是热带雨林国家公园管理的前提,也是在全国建立陆地生态系统碳监测卫星主要森林类型产品生产方法的重要组成部分。2020年3月20日至2021年7月10日,借助全国林草资源调查机载平台获取并生产超过6 000km~2,20TB航空大光斑激光雷达、小光斑激光雷达、可见光和近红外影像、超光谱影像原始数据和产品,完成170个森林调查样地、183个控制点和17个检查面。这些数据与高分七号、GEDI数据一起,构成了覆盖海南热带雨林国家公园及周边区域的天空地数据。产品精度显示,大光斑激光雷达平面和高程精度分别优于1m和0.15m;小光斑激光雷达平面和高程精度分别优于0.5m和0.08m;数字地形模型(DEM)高程精度和冠层高度模型(CHM)高度精度分别达到0.15m和91.8%;0.2m数字正射影像(DOM)平面精度优于0.5m;超光谱影像的光谱分辨率0.24nm,空间分辨率1～2m。通过试验,以期为陆地生态系统碳监测卫星林业产品开发和海南热带雨林国家公园管理提供高质量天空地数据。 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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《林业科学》2021,(10)
【目的】针对当前森林参数估测模型受研究区条件、森林类型限制不具备普适性的问题,从森林三维结构分析描述出发,构建森林参数估测多元乘幂模型式,并测试其在不同森林类型不同森林参数估测中的表现,检验其推广能力,以期发现一个适用于不同森林类型不同森林参数估测的模型结构式,为激光雷达森林参数的一致性估测提供实践案例。【方法】以面积2.21万km~2的南亚热带丘陵山地区域为研究区,以面积法为基础,将刻画森林冠层三维结构的7个离散回波Li DAR变量进行组合,构建5个森林参数估测多元乘幂模型式,通过383块样地测试5个模型式在不同森林类型(杉木林、松树林、桉树林和阔叶林)不同森林参数(蓄积量、断面积和平均直径)估测中的表现。【结果】以激光雷达点云平均高、冠层覆盖度、叶面积密度变动系数、激光雷达点云高度变动系数、50%分位数密度为变量的模型结构式表现最好; 4种森林类型蓄积量估测模型的决定系数(R~2)分别为0.667、0.769、0.764和0.602,相对均方根误差(rRMSE)变化范围为18.53%～36.32%,平均预估误差(MPE)变化范围为3.37%～6.95%; 4种森林类型断面积估测模型的R~2分别为0.572、0.582、0.706和0.568,rRMSE变化范围为16.11%～30.82%,MPE变化范围为3.27%～5.89%; 4种森林类型平均直径估测模型的R2分别为0.574、0.501、0.709和0.240,rRMSE变化范围为10.07%～29.01%,MPE变化范围为1.83%～5.55%;最优普适性模型式的R2与各森林类型各森林参数最优模型的R~2的相差小于5%,rRMSE和MPE的相差均小于7%。【结论】本研究提出的模型式变量具有明确的生物物理意义和林学解析意义,可准确刻画林分冠层三维结构,在不同森林类型不同森林参数估测中均取得较好效果,具有良好的普适性,有利于提高不同森林类型估测结果的可比性,可用于机载激光雷达大区域森林资源动态监测。 相似文献
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为了量化激光天顶角对ICESat-GLAS波形数据反演森林冠层高度的影响,以吉林省汪清林业局经营区为例,基于ICESat-GLAS波形数据及DEM数据,在Allouis模型和Nie模型基础上,分别引入激光天顶角,对光斑内坡度引起的高度距离(GroundExtent)进行修正,建立森林冠层高度估测模型,并通过模型对坡度的校正能力、天顶角引起的GroundExtent理论误差以及大气延迟增量三个方面讨论分析天顶角在反演森林冠层高度中的影响。结果表明:天顶角的引入能够提高模型的估测精度,决定系数(R2)分别提高了6.56%、4.26%,且能更好地校正地形坡度;在外部条件相同的情况下,由天顶角(1°)引起的GroundExtent理论误差在0.122~1.100m范围内;在天顶延迟约为2.3m时,天顶角(1°)对大气延迟增量的影响为0.04~3.50mm。由此可知天顶角对估测森林冠层高度存在一定的影响,引入激光天顶角的冠层估测模型能更准确地反演森林冠层高度。 相似文献
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为探究不同模型对林分平均胸径的预测精度,使用贵州省桂花国有林场马厂工区同步获取的机载激光雷达点云数据和地面实测样地数据,通过提取样地水平的点云特征变量,采用方差膨胀因子分析和皮尔逊相关性检验进行自变量选择,建立机器学习模型估测样地平均胸径。结果表明：1)点云特征变量,如平均冠层高度和高度偏态与林分平均胸径有很强的相关性。2)机器学习模型(随机森林、支持向量机、最近邻算法)优于多元线性回归模型,其中,随机森林的拟合效果最好。随机森林的决定系数(R2)为0.71,均方根误差(RMSE)为2.50。3)通过柳杉纯林、针叶混交林、针阔混交林、马尾松纯林4种森林类型的林分平均胸径预测值与实际值差值,进一步证实随机森林模型精度最高,拟合效果最好。利用机载激光雷达点云数据提取点云特征变量,并构建基于机器学习算法的林分平均胸径估测模型是可行的,该方法的精度能满足森林资源调查的应用需求,可作为辅助林业调查工作的技术手段。 相似文献
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无人机激光雷达与摄影测量林业应用研究进展 总被引：3，自引：0，他引：3
《林业科学》2017,(7)
森林空间结构及动态变化规律对森林经营管理、生态环境建模等具有重要意义,无人机激光雷达与摄影测量能够获取丰富的森林空间结构和类型信息,在单木、林分尺度森林环境长时间序列监测方面具有无可比拟的优势。无人机激光雷达系统一般搭载多回波/全波形激光扫描仪,配备高精度全球导航卫星系统惯性测量单元(GNSSIMU)等传感器,以保证激光脉冲回波信号的几何定位精度。无人机摄影测量系统通常搭载可见光(RGB)/多光谱相机,配备低精度GNSSIMU,通过高重叠率航片的三维重建算法自动解算航片内外方位元素,生成具有相对参考坐标的图像及点云,采用地面控制点(GCPs)、参考影像等方式进行几何精校正,对于连续覆盖的森林区域,使用高精度GNSS、稳定平台等可以提高图像匹配精度。通过单木分割法可以提取单木结构信息,从激光雷达点云或摄影测量重建点云中识别树冠顶点、树冠边界、位置等属性,也可以将点云投影到体元空间或者生成冠层高度模型(CHM),在此基础上识别单木特征。林分结构信息提取常采用高度分布法,从点云中直接计算高度分位数、回波指数等点云特征量,或者按照指定的高度间隔生成频率或强度合成波形,计算波形分位数、波形前沿、波形后沿等波形特征量,根据点云特征量、波形特征量与地面测量值之间的关系估测森林结构参数。激光雷达点云和摄影测量重建点云均能用于提取林下地形,对于低郁闭度区域二者相差不大,对于高郁闭度区域摄影测量重建点云提取的林下地形精度较低。多时相无人机激光雷达和摄影测量相结合,可以监测人工修枝、择伐、火灾、病虫害等引起的森林结构变化以及枝叶生长、落叶等物候变化。无人机激光雷达与摄影测量提取的森林结构参数精度受采集方式、数据处理算法、森林生长季节、地形等因素影响,尚未形成适合林业推广应用的成熟技术体系。无人机系统飞行应当遵照国家/当地法律法规以及相关规定条款的约束,我国按照空机质量、起飞全重等指标对无人机进行分类管理。未来无人机数据获取与处理系统将更加智能化、微型化、低成本化,更好地满足林业应用业务需求。 相似文献