GEDI不同算法组数据反演森林最大冠层高度和生物量精度比较

作     者：韩明辉 邢艳秋 李国元 黄佳鹏 蔡龙涛 HAN Minghui;XING Yanqiu;LI Guoyuan;HUANG Jiapeng;CAI Longtao

作者机构：东北林业大学森林作业与环境研究中心黑龙江哈尔滨150040 自然资源部国土卫星遥感应用中心北京100048 辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院辽宁阜新123000 桂林电子科技大学电气工程与自动化学院广西桂林541000 

出 版 物：《中南林业科技大学学报》 (Journal of Central South University of Forestry & Technology)

年 卷 期：2022年第42卷第10期

页      面：72-82页

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2017YFD060090402) 国家自然科学基金项目(41971425)。 

主　　题：GEDI 最大冠层高度 相对高度 生物量 精度比较 

摘      要：【目的】利用星载激光雷达反演森林最大冠层高度和生物量会受到低能量的地面反射或较高的背景噪声等不利情况的影响。全球生态系统动力学调查(Global ecosystem dynamics investigation,GEDI)多波束激光雷达于2018年成功装备到国际空间站,旨在实现对森林冠层高度、生物量等参数的测量。为了减小不利情况的影响,针对不同的冠层和地面的场景,GEDI设定了不同的噪声阈值、信号阈值、起始阈值和结束阈值组合,共6种算法组数据。为了研究GEDI不同算法组数据反演森林最大冠层高度和生物量的精度,本研究对GEDI的L2A高程数据和L4A足印级生物量数据进行分析研究。【方法】针对L2A数据,本研究提取shot_number、lon_lowestmode、lat_lowestmode字段定位光斑经纬度,根据quality_flag、degrade_flag、sensitivity进行数据筛选,利用mean_sea_surface、elev_lowestmode、elev_highestreturn进行最大冠层高度反演。对于L4A数据,定位后利用l2_quality_flag、l4_quality_flag、algorithm_run_flag进行L4A数据筛选,然后根据agbd、agbd_pi_lower、agbd_pi_upper反演森林生物量,最后使用机载数据进行GEDI反演冠层高度和生物量精度验证。【结果】对L2A的6个算法组数据进行计算,结果显示a5的精度最低,精度最高的是a4组,R^(2)=0.97,RMSE=0.87 m,MAE=0.31 m。针对L2A中的相对高度指标进行研究,发现RH99是精度最高的,R^(2)=0.97,RMSE=0.85 m,MAE=0.25 m,而且研究表明随着RH的减小,精度逐渐降低。利用L4A反演森林生物量时,针对a5样本数量少,精度低的缺点,增加了信号阈值更高的a10组来替代a5组数据。最终结果显示,精度最高的是a2组,R^(2)=0.92,RMSE=10.80 t/hm^(2),MAE=4.99 t/hm^(2)。【结论】GEDI数据能够有效反演森林最大冠层高度和生物量,L2A反演冠层高度a4算法组的精度最高,L4A反演生物量a2算法组的精度最高。