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华北落叶松林立地因子提取及立地指数遥感估测

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东北林业大学学报 2024年第4期52卷 72-81,88页

作者：李金恬范文义东北林业大学哈尔滨150040

根据2019年Landsat8 OLI光学遥感数据和塞罕坝机械林场地区2020年森林资源二类清查数据以及临时样地数据,编制塞罕坝机械林场华北落叶松林立地指数表,并得到华北落叶松林小班立地指数。在小班尺度上获取影像的光谱、纹理、植被指数、线... 详细信息

根据2019年Landsat8 OLI光学遥感数据和塞罕坝机械林场地区2020年森林资源二类清查数据以及临时样地数据,编制塞罕坝机械林场华北落叶松林立地指数表,并得到华北落叶松林小班立地指数。在小班尺度上获取影像的光谱、纹理、植被指数、线性变换、地形等6个种类59个特征,利用极限梯度提升算法(XGBoost)提取华北落叶松林小班林分因子信息估测立地指数。结果表明:遥感-立地因子特征立地指数估测模型的精度更高,准确度为0.877376,召回率为0.894318,精确率为0.926923,F_(1)值为0.908221。因此,在立地指数估测中,将多光谱遥感特征与立地因子提取相结合具有应用潜力。

关键词：立地指数华北落叶松林 Landsat8 OLI 极限梯度提升算法

应用地基雷达和机载激光雷达数据反演落叶松冠层叶面积密度

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东北林业大学学报 2024年第4期52卷 82-88页

作者：余之灏范文义东北林业大学哈尔滨150040

为了实现落叶松冠层叶面积密度盲区互补的协同反演,以塞罕坝机械林场为研究区,根据地基雷达和机载激光雷达数据对落叶松林冠层点云信息进行提取;利用点云分割算法对点云信息进行枝叶分离,并对冠层点云进行体素建模,分析落叶松林最优体... 详细信息

为了实现落叶松冠层叶面积密度盲区互补的协同反演,以塞罕坝机械林场为研究区,根据地基雷达和机载激光雷达数据对落叶松林冠层点云信息进行提取;利用点云分割算法对点云信息进行枝叶分离,并对冠层点云进行体素建模,分析落叶松林最优体素和接触频率的相关性;采用体素模型冠层分析法(VCP)分别对机载雷达和地基雷达数据绘制冠层叶面积密度曲线,实现对区域林木叶面积密度的反演。结果表明:运用冠层分析法适用于估算落叶松的叶面积密度,机载雷达点云数据和地基雷达点云数据协同估算的相对误差最小(平均相对误差1.95%),机载雷达数据估算次之(平均相对误差5.09%),地基雷达数据估算误差最大(平均相对误差9.37%)。因此,机载和地基雷达数据协同反演可以提升落叶松林叶面积密度的估算精度。

关键词：叶面积密度体素模型冠层分析法地基激光雷达机载激光雷达协同反演

应用双频合成孔径雷达(SAR)数据和干涉水云模型估算森林生物量

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东北林业大学学报 2024年第9期52卷 58-68页

作者：赵露伟范文义聂永辉东北林业大学哈尔滨150040

以河北省承德市塞罕坝机械林场为研究区域,应用哨兵1号(Sentinel-1A)C波段双极化数据和大地2号L波段全极化数据分别建立干涉水云模型(IWCM)估算森林地上生物量。结果表明:大地2号(ALOS-2)L波段全极化数据体散射比例为72%,二面角散射比例... 详细信息

以河北省承德市塞罕坝机械林场为研究区域,应用哨兵1号(Sentinel-1A)C波段双极化数据和大地2号L波段全极化数据分别建立干涉水云模型(IWCM)估算森林地上生物量。结果表明:大地2号(ALOS-2)L波段全极化数据体散射比例为72%,二面角散射比例为4%;L波段HV极化和VH极化的估算结果较好,HV极化估算结果的决定系数(R^(2))为0.737,均方根误差(R_(MSE))为28.88 t/hm^(2);VH极化估算结果的决定系数(R^(2))为0.743,均方根误差(R_(MSE))为27.76 t/hm^(2);C+L波段的组合方式反演结果最优,决定系数(R^(2))为0.863,均方根误差(R_(MSE))为18.92 t/hm^(2)。采用干涉水云模型估算森林生物量,L波段合成孔径雷达(SAR)数据估算精度高于C波段估算精度,L波段SAR数据更适合进行森林生物量的估算;C波段和L波段SAR融合对森林生物量的估算精度显著提高。

关键词：森林地上生物量干涉水云模型哨兵1号数据大地2号数据多频SAR

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应用集合卡尔曼滤波算法对土壤呼吸速率同化及NEP估算

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东北林业大学学报 2024年第7期52卷 77-84,110页

作者：贾科于颖杨曦光范文义东北林业大学哈尔滨150040

为了对净生态系统生产力(NEP)进行准确估算,以长白山通量观测站观测数据为基础,构建土壤温度、湿度耦合因子的更新模型(线性函数、指数函数、二次式函数),结合集合卡尔曼滤波算法(EnKF)获取高精度土壤呼吸速率数据,应用陆地生态系统碳... 详细信息

为了对净生态系统生产力(NEP)进行准确估算,以长白山通量观测站观测数据为基础,构建土壤温度、湿度耦合因子的更新模型(线性函数、指数函数、二次式函数),结合集合卡尔曼滤波算法(EnKF)获取高精度土壤呼吸速率数据,应用陆地生态系统碳循环综合模型(InTEC模型)准确估算NEP。结果表明:二次式模型的EnKF算法同化结果估算效果最好,决定系数(R^(2))为0.782,均方根误差为52.90 g·m^(-2)·a^(-1);指数模型EnKF算法同化结果估算值的R^(2)为0.755,均方根误差为56.47 g·m^(-2)·a^(-1);线性模型EnKF算法同化结果估算值的R^(2)为0.742,均方根误差为62.80 g·m^(-2)·a^(-1)。选取二次式模型优化后的土壤呼吸速率数据,InTEC模型模拟长白山通量观测站长时间序列净生态系统生产力的R^(2)为0.900,均方根误差为61.77 g·m^(-2)·a^(-1);InTEC模型模拟东北三省森林生态系统2003—2010年的净生态系统生产力年均值,由初始模拟的30.07 g·m^(-2)·a^(-1),经EnKF算法更新后提升到176.87 g·m^(-2)·a^(-1)。因此,采用EnKF更新土壤温度-湿度耦合因子获取的土壤呼吸速率数据,能够提高InTEC模型估算NEP的精度,为大区域尺度森林生态系统NEP估算提供技术支持。

关键词：集合卡尔曼滤波算法土壤温湿度陆地生态系统碳循环综合模型净生态系统生产力土壤呼吸速率

面向未来的中国智慧林业:观测仪器体系的演进与发展趋势

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林业科学 2024年第4期60卷 1-15页

作者：王智超马天天邵亚奎孙林豪李永华张晓媛张丽荣张贵范文义冯仲科北京林业大学精准林业北京市重点实验室北京100083 浙江农林大学数学与计算机科学学院杭州311300 中国林业科学研究院生态保护与修复研究所北京100091 北京化工大学材料科学与工程学院北京100029 生态环境部环境规划院北京100012 中南林业科技大学理学院长沙410018 东北林业大学林学院哈尔滨150040

森林观测信息的生产是支持智慧林业工作开展的基础和先导。本文以森林观测仪器技术体系的构建历史、现状和未来为切入点,以基础性公共技术的发展脉络为支撑,深入分析森林观测仪器与森林观测需求的耦合程度。传统森林观测仪器体系在时效... 详细信息

森林观测信息的生产是支持智慧林业工作开展的基础和先导。本文以森林观测仪器技术体系的构建历史、现状和未来为切入点,以基础性公共技术的发展脉络为支撑,深入分析森林观测仪器与森林观测需求的耦合程度。传统森林观测仪器体系在时效性和准确性上已经无法满足日益发展的林业调查的需要,观测仪器存在孤立性高、难以集成、操作繁琐、效率低等问题。这主要是由于当前针对森林观测研究偏重对成熟仪器使用和数据分析,观测仪器的研发偏重算法补偿和集成第三方元件,轻物理结构设计等因素造成。面对基本测量原理鲜有更新、森林观测标准制定滞后于新型技术发展等问题,本文从对观测仪器现在和未来的联合模式进行阐述,从逻辑架构到物理技术层面上分析森林观测仪器联合模式可能在未来出现的发展状况与应用前景。最后,基于当前基础性技术发展的趋势,对可能出现的几种新形态的森林观测仪器进行推测,并以此展望在近未来可能在中国实现的一种智能森林观测体系的雏形。

关键词：智慧林业森林调查仪器虚拟化传感器

基于BEPS模型的塞罕坝植被净初级生产力时空变化分析研究

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森林工程 2024年第1期40卷 74-84页

作者：包志意范文义东北林业大学林学院哈尔滨150040 森林生态系统可持续经营教育部重点实验室(东北林业大学) 哈尔滨150040

叶面积指数(leaf area index,LAI)是北部生态系统生产力模拟模型(boreal ecosystem productivity simulator,BEPS)的关键驱动数据,获取高精度LAI对区域森林生态系统碳循环十分重要,然而当前大多研究采用的MODIS LAI产品缺乏可信度。为此... 详细信息

叶面积指数(leaf area index,LAI)是北部生态系统生产力模拟模型(boreal ecosystem productivity simulator,BEPS)的关键驱动数据,获取高精度LAI对区域森林生态系统碳循环十分重要,然而当前大多研究采用的MODIS LAI产品缺乏可信度。为此,基于LAI动态模型、PROSAIL辐射传输模型和层状贝叶斯网络(Hierarchical Bayesian Network,HBN)构建数据同化系统,获得空间分辨率为20 m的LAI数据,驱动BEPS模型,模拟塞罕坝机械林场2011—2021年的植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP),并对NPP时空变化特征及影响因子进行分析。结果表明,基于贝叶斯同化方法获得的高分辨率LAI数据极大提高了MODIS LAI产品的精度;基于同化后的LAI数据驱动BEPS模型获取模拟森林NPP,与样地实测数据计算NPP间相关性较高(R^(2)=0.77);2011—2021年塞罕坝机械林场植被NPP平均值为307.4 g/(m^(2)·a),森林NPP呈现平稳增长趋势;不同植被类型模拟NPP存在较大差异,针叶林、落叶林及混交林模拟NPP分别为484.9、402.4、287.9 g/(m^(2)·a);植被NPP与温度因子相关性较高,偏相关系数为0.2~0.8,而植被NPP与降水量的相关性总体而言相对较低,其偏相关系数为-0.3~0.4,在该地区降水量对植被NPP的影响较低,温度为该地区NPP变化的主导因子。研究结果可获取高空间分辨率的LAI数据,为森林生态系统碳循环的精准时空模拟提供依据。

关键词：塞罕坝叶面积指数 BEPS模型植被净初级生产力

应用全极化合成孔径雷达数据构建多变量估算森林地上生物量模型

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东北林业大学学报 2024年第1期52卷 61-66,102页

作者：贾康刘媛媛范文义中煤航测遥感集团有限公司西安710199 黑龙江省自然资源权益调查监测院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室(东北林业大学)

以河北塞罕坝机械林场为研究对象,Alos-2全极化SAR数据以及实测样地数据为基础,采用多种方法进行目标分解,计算多极化通道的后向散射系数,通过皮尔逊相关性检验,筛选显著相关的参数,构建线性及非线性偏最小二乘(PLS)生物量估算模型,并... 详细信息

以河北塞罕坝机械林场为研究对象,Alos-2全极化SAR数据以及实测样地数据为基础,采用多种方法进行目标分解,计算多极化通道的后向散射系数,通过皮尔逊相关性检验,筛选显著相关的参数,构建线性及非线性偏最小二乘(PLS)生物量估算模型,并对模型进行检验。结果表明:线性PLS模型均方根误差为21.75 t·hm^(-2),决定系数(R^(2))为0.6185,平均相对偏差绝对值为31.1%,平均偏差为-1.844 t·hm^(-2);非线性PLS模型均方根误差为18.218 t·hm^(-2),决定系数(R^(2))为0.6969,平均相对偏差绝对值为23.86%,平均偏差为0.0001 t·hm^(-2)。对模型贡献最大的参数为非负特征值分解的奇次散射参数、VH极化后向散射系数、HV极化后向散射系数、特征向量分解参数l1和主要散射机制平均参数。非线性方法在模型拟合和预测中都表现出更好的效果,全极化SAR目标分解参数以及交叉极化下的后向散射系数,在估算森林地上生物量时没有饱和点出现。

关键词：偏最小二乘法全极化SAR 极化分解森林地上生物量

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机载成像光谱仪图像边缘辐射校正的研究

红外与毫米波学报 2002年第6期21卷 451-454页

作者：范文义东北林业大学森林资源与环境学院黑龙江省哈尔滨150040

通过对国产高光谱仪OMIS -I系统的数据进行分析 ,发现由于地物的二向反射分布等因素的影响图像边缘部分与中心部分的相同地物光谱曲线发生了变化 ,表现在彩色合成图像上相同地物呈现不同色调 .经过对数据深入分析研究后 ,提出了一种空... 详细信息

通过对国产高光谱仪OMIS -I系统的数据进行分析 ,发现由于地物的二向反射分布等因素的影响图像边缘部分与中心部分的相同地物光谱曲线发生了变化 ,表现在彩色合成图像上相同地物呈现不同色调 .经过对数据深入分析研究后 ,提出了一种空间参数拟合的直方图匹配方法 ,并用VC ++语言编程实现。

关键词：机载成像光谱仪二向反射分布直方图匹配边缘辐射校正图像处理

中小区域尺度时间序列林地LAI快速估测方法

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农业工程学报 2016年第5期32卷 188-193页

作者：卢伟范文义东北林业大学林学院哈尔滨150040

时间序列LAI对模拟大气与植被边界上的碳水交换过程至关重要,其已经成为众多区域尺度的碳水循环机理模型研究中重要的驱动数据。针对低空间分辨率MODIS LAI产品在中小区域尺度应用时表达LAI的空间异质性精度差问题,该研究提出了一种中... 详细信息

时间序列LAI对模拟大气与植被边界上的碳水交换过程至关重要,其已经成为众多区域尺度的碳水循环机理模型研究中重要的驱动数据。针对低空间分辨率MODIS LAI产品在中小区域尺度应用时表达LAI的空间异质性精度差问题,该研究提出了一种中小区域尺度时间序列林地LAI快速估测方法。该方法首先提取了林地MODIS LAI的归一化生长曲线,利用三次样条插值函数进行归一化LAI曲线的拟合,以此曲线模拟LAI的全年变化情况;其次基于传统遥感统计模型和TM遥感数据估测展叶完全时期的LAI,作为研究区域LAI的最大值并以此控制LAI生长曲线;最后将归一化LAI拟合函数与最大LAI相乘得到时间序列LAI数据集。试验结果表明:MODIS LAI产品对中小区域尺度较高空间分辨率LAI值的估测不够准确,但MODIS LAI归一化生长曲线与归一化的实际LAI生长变化情况保持较高的一致性,可以用来模拟LAI的全年变化情况;该研究提出的方法可简单、高效地为中小区域尺度的其他研究提供有效的时间序列林地LAI数据。

关键词：遥感时间序列分析林地叶面积指数