基于星载激光雷达数据和光学遥感数据的云南省森林冠层高度反演研究

作     者：刘丽娟 

作者单位：云南师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王成

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0816[工学-测绘科学与技术] 081602[工学-摄影测量与遥感] 

主      题：GEDI 地面高程 森林冠层高度 森林高度制图 

摘      要：森林作为陆地生态系统的主体和自然界功能最完善的资源库,对于调节气候变化,维护生态平衡,保护人类生态环境具有重大意义。森林冠层高度作为森林垂直结构中的重要参数之一,在一定程度上反映了森林生态系统的生产力水平与健康状况,精确的森林冠层高度估算对于森林生态系统固碳能力的评估和碳循环相关的科学研究十分关键。星载激光雷达数据能获取大范围的离散森林冠层高度,新一代全波形星载Li DAR数据GEDI已经成为大区域激光雷达森林高度反演与制图的主要数据源。但目前GEDI数据制图均采用第一版GEDI数据,森林高度制图的精度不满足实际需求,第二版GEDI数据相比于第一版GEDI数据在定位精度上有所提高,可以提供更为准确的森林冠层高度。本文旨在利用第二版GEDI数据提取森林冠层高度,联合光学遥感影像的特征参数完成云南省30m分辨率的森林高度制图。本文的主要研究内容与结论如下:(1)GEDI L2A通过设置不同参数(信号平滑宽度、波形开始阈值、波形结束阈值)得到6种地面高程及森林冠层高度值,比较不同覆盖度下6种算法设置的精度差异,得出不同覆盖度下最优算法设置。结果表明:覆盖度小于0.2时算法设置4的精度最高,覆盖度大于等于0.8时算法设置2的精度最高,其余覆盖度下算法设置1的精度最高。与GEDI L2A默认最优算法设置相比,本文选择的最优算法设置能有效提高覆盖度小于0.8、坡度大于等于10°地区的估算精度。(2)评估不同参数下GEDI L2A数据提取地面高程及森林冠层高度的精度差异,定量分析了波束类型、太阳高度角、SRTM与GEDI L2A地面高程的差值、波形个数以及坡度对GEDI L2A地面高程及森林冠层高度的精度影响,结果表明影响较大的光斑为:(1)白天覆盖波束获得的光斑,(2)SRTM与GEDI L2A地面高程的差值大于等于40m的光斑,(3)波形个数大于等于15的光斑,(4)坡度大于等于20°的光斑。剔除这些光斑后,GEDI L2A的地面高程精度和森林冠层高度精度分别提高了0.61m和0.43m。(3)融合GEDI L2A森林冠层高度和其他卫星遥感影像(Landsat 8 OLI、哨兵1号和2号)光谱信息及相关植被指数,利用随机森林算法建立森林冠层高度反演模型,实现了云南省30m分辨率的森林高度制图,并利用未参与建模的星载数据和收集的机载数据进行制图精度评价。与星载GEDI L2A数据相比,该森林高度图的R为0.59,RMSE为5.93m;与机载数据相比,该森林高度图的R为0.31,RMSE为3.84m。结果表明新一代星载全波形激光雷达数据GEDI在大区域高分辨率森林高度制图中有很大的应用潜力。