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联合GF-1和GF-3影像的森林地上生物量反演

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北京林业大学学报 2022年第11期44卷 70-81页

作者：史建敏张王菲曾鹏赵丽仙王梦金西南林业大学林学院云南昆明650224

【目的】探索高分(GF)光学、合成孔径雷达(SAR)数据及其联合数据在森林地上生物量(AGB)及其组成部分反演中的可行性。【方法】以云南省昆明市宜良县小哨林区的云南松为研究对象,结合实地调查数据,以GF-1光学数据和GF-3SAR数据作为数据源... 详细信息

【目的】探索高分(GF)光学、合成孔径雷达(SAR)数据及其联合数据在森林地上生物量(AGB)及其组成部分反演中的可行性。【方法】以云南省昆明市宜良县小哨林区的云南松为研究对象,结合实地调查数据,以GF-1光学数据和GF-3SAR数据作为数据源,提取光学数据常用的植被指数和纹理特征,SAR数据的各极化后向散射系数、纹理特征以及极化分解等参数,利用KNN-FIFS方法分别进行森林AGB及其分量的反演;然后采用留一交叉验证法对反演结果进行精度评价,并在此基础上绘制森林AGB及其分量空间分布图。【结果】联合GF-1和GF-3数据反演森林AGB及其分量的精度最高,R^(2)均超过了0.710,RMSEr的值在22%^(2)7%之间,其中树叶的反演精度最优,模型的R^(2)为0.714,RMSE为10.270 t/hm^(2),RMSEr为24.58%;除树叶生物量外,森林AGB和其他分量仅采用GF-1提取的特征进行反演时,精度均优于采用GF-3特征的反演结果。【结论】联合GF-1光学数据和GF-3全极化SAR可以实现一定程度的互补,提高森林AGB及其分量的反演精度,此外KNN-FIFS方法在低生物量水平的云南松纯林的AGB及其分量的反演中具有一定的鲁棒性,且KNN-FIFS优选的重要参数多为SAR和光学的纹理特征。

关键词： GF系列卫星森林地上生物量森林地上生物量分量 KNN-FIFS

森林地上生物量的多基线InSAR层析估测方法

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林业科学 2017年第11期53卷 85-93页

作者：李兰陈尔学李增元任冲赵磊谷鑫志中国林业科学研究院资源信息研究所国家林业局遥感与信息技术重点开放性实验室北京100091

【目的】发展一种森林地上生物量(AGB)的多基线干涉合成孔径雷达(InSAR)层析估测方法,解决热带雨林森林AGB遥感估测常规方法的信号"饱和"问题,为区域及全球森林生物量估测和碳储量研究提供关键技术支撑。【方法】以法属圭亚那巴拉库(Par... 详细信息

【目的】发展一种森林地上生物量(AGB)的多基线干涉合成孔径雷达(InSAR)层析估测方法,解决热带雨林森林AGB遥感估测常规方法的信号"饱和"问题,为区域及全球森林生物量估测和碳储量研究提供关键技术支撑。【方法】以法属圭亚那巴拉库(Paracou)热带雨林为研究对象,以Tropi SAR 2009 P-波段多基线机载SAR数据和85块样地调查数据为主要数据源。首先,根据HH极化层析相对反射率的三维分布信息提取林下地表高度,对HV极化多基线InSAR数据进行地形相位去除;然后,对HV极化多基线InSAR数据进行三维成像,并对其进行地理编码,得到地理坐标空间层析相对反射率的三维分布信息;最后,利用样地调查数据,分析不同高度处层析相对反射率与森林AGB的相关性,进而建立以层析相对反射率为输入特征的森林AGB估测模型,同时采用留一交叉验证法(LOOCV)对其估测模型进行精度评价。【结果】20 m以下各高度处层析相对反射率与森林AGB呈不同程度的负相关关系,以5 m高度处层析相对反射率与森林AGB的负相关性最强(相关系数达到-0.58);20 m以上各高度处层析相对反射率与森林AGB呈不同程度的正相关关系,以25 m高度处层析相对反射率与森林AGB的正相关性最强(相关系数达到0.63)。采用5 m高度处层析相对反射率构建模型的估测精度为88.44%,均方根误差为49.85 t·hm-2(相对均方根误差为13.56%);采用25 m高度处层析相对反射率构建模型的估测精度为88.82%,均方根误差为47.30 t·hm-2(相对均方根误差为12.87%);同时采用5 m和25 m高度处层析相对反射率联合构建模型的估测结果最优,估测精度为89.17%,均方根误差为46.45 t·hm-2(相对均方根误差为12.63%)。【结论】通过多基线InSAR层析技术得到的层析相对反射率信息有效解决了热带雨林森林AGB遥感估测常规方法的信号"饱和"问题。采用5 m和25 m高度处层析相对反射率可反演得到高精度的森林AGB,表明多基线InSAR层析技术得到的特定高度处层析相对反射率对热带雨林森林AGB具有良好的指示作用;同时利用5 m和25 m高度处层析相对反射率进行联合估测可进一步提高森林AGB的估测精度,说明充分利用不同层次的森林垂直结构信息可进一步提高复杂森林空间结构条件下的森林AGB估测精度。

关键词：多基线InSAR 层析技术森林垂直结构森林地上生物量热带雨林

应用XGBoost算法对森林地上生物量的机载LiDAR反演

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东北林业大学学报 2023年第5期51卷 106-112,129页

作者：李洋彭道黎袁钰娜森林资源和环境管理国家林草局重点实验室(北京林业大学) 北京100083 珠江水利委员会珠江流域水土保持监测中心站

为了探究机载LiDAR数据结合极端梯度提升(XGBoost)算法估算森林地上生物量的可行性和适用性,寻求更优的森林地上生物量的监测和估算模型的建模方法。根据125块地面样地调查数据和机载激光雷达提取的点云特征变量,结合根据皮尔森相关系... 详细信息

为了探究机载LiDAR数据结合极端梯度提升(XGBoost)算法估算森林地上生物量的可行性和适用性,寻求更优的森林地上生物量的监测和估算模型的建模方法。根据125块地面样地调查数据和机载激光雷达提取的点云特征变量,结合根据皮尔森相关系数和递归特征消除筛选变量,采用多元线性回归(MLR)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和极端梯度提升(XGBoost)算法,建立4种不同算法的地上生物量估测模型并进行对比分析。结果表明:在训练集中,RF模型表现最好(R_(MSE)=9.98 t·hm^(-2),R^(2)=0.93,M_(AE)=5.69 t·hm^(-2)),其次是XGBoost模型(R_(MSE)=10.80 t·hm^(-2),R^(2)=0.89,M_(AE)=7.24 t·hm^(-2));在测试集中,采用XGBoost算法建立的模型表现(R_(MSE)=12.20 t·hm^(-2),R^(2)=0.83,M_(AE)=8.30 t·hm^(-2))明显优于其他3种模型,XGBoost模型估测表现稳定且差异很小,MLR、RF和SVM模型在训练集和测试集的表现上都存在较大差异。

关键词：极限梯度提升算法机载激光雷达森林地上生物量

基于ICESat-2/ATLAS和特征参数的森林地上生物量反演

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激光杂志 2023年第7期44卷 62-67页

作者：李宏菲聂胜习晓环王宏涛张合兵王成河南理工大学测绘与国土信息工程学院河南焦作454003 中国科学院空天信息创新研究院数字地球重点实验室北京100094

大区域森林生物量估算是植被遥感应用研究的重要内容。利用ICESat-2/ATLAS数据中ATL08产品的高度信息,结合Sentinel-2影像提取的森林覆盖度构建新型特征参数(h_(cover)_#),对原始光子参数,以及加入h_(cover)_#后两种数据,分别利用随机... 详细信息

大区域森林生物量估算是植被遥感应用研究的重要内容。利用ICESat-2/ATLAS数据中ATL08产品的高度信息,结合Sentinel-2影像提取的森林覆盖度构建新型特征参数(h_(cover)_#),对原始光子参数,以及加入h_(cover)_#后两种数据,分别利用随机森林方法分析索诺玛县森林区域白天和夜晚强弱光束反演生物量的能力。结果表明:(1)相对于仅利用原始光子数据,加入新型特征参数后,四种场景的生物量估算精度均有不同程度的提高,其中,R^(2)分别提升了0.08、0.16、0.07、0.09,RMSE分别降低了7.56 Mg/ha、13.02 Mg/ha、6.45 Mg/ha、8.25 Mg/ha,rRMSE分别降低了5.13%、10.16%、4.23%、5.76%;(2)在夜晚强光束场景下,联合原始光子参数与新型特征参数构建的生物量模型预测精度最优,R^(2)=0.64,RMSE=73.50 Mg/ha,rRMSE=48.16%。

关键词：森林地上生物量 ICESat-2/ATLAS 强光束光子点 Sentinel-2影像随机森林新型特征参数

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森林地上生物量遥感估算方法

北京林业大学学报 2021年第8期43卷 137-148页

作者：田晓敏张晓丽北京林业大学森林培育与保护教育部重点实验室精准林业北京市重点实验室北京100083 北华航天工业学院遥感信息工程学院河北廊坊065000 河北省航天遥感信息处理与应用协同创新中心河北廊坊065000

生物量是林业和生态应用研究的重要信息,森林生态系统地上生物量估算的遥感技术引起了国内外学者的广泛关注。总结与探讨不同数据源与估算方法能够为森林地上生物量的估算提供指导。本文首先总结并探讨单传感器遥感数据,包括光学遥感、... 详细信息

生物量是林业和生态应用研究的重要信息,森林生态系统地上生物量估算的遥感技术引起了国内外学者的广泛关注。总结与探讨不同数据源与估算方法能够为森林地上生物量的估算提供指导。本文首先总结并探讨单传感器遥感数据,包括光学遥感、合成孔径雷达与激光雷达数据在森林地上生物量估算中的应用,以及协同使用多源遥感数据估算森林地上生物量的优势;然后论述森林地上生物量估算的传统模型估算法与机器学习估算方法(决策树法、K最近邻法、人工神经网络、支持向量机、最大熵)。多源遥感数据集成能够结合不同数据的优势,能够为森林地上生物量估算提供丰富的特征信息,结合机器学习估算方法,是提高森林地上生物量估算的准确性的发展趋势。

关键词：森林地上生物量光学遥感合成孔径雷达激光雷达多源遥感

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森林地上生物量遥感反演方法综述

遥感学报 2015年第1期19卷 62-74页

作者：刘茜杨乐柳钦火李静中国科学院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

森林地上生物量反演对理解和监测生态系统及评估人类生产生活的影响有着重要作用,日益发展的遥感技术使全球及大区域的生物量估算成为可能。近年来,不同的遥感技术和反演方法被广泛用于估算森林生物量。本文首先总结了现有的全球及区域... 详细信息

森林地上生物量反演对理解和监测生态系统及评估人类生产生活的影响有着重要作用,日益发展的遥感技术使全球及大区域的生物量估算成为可能。近年来,不同的遥感技术和反演方法被广泛用于估算森林生物量。本文首先总结了现有的全球及区域生物量产品及其不确定性,然后综述了3类方法在森林地上生物量遥感反演中的应用,即基于单源数据的参数化方法、基于多源数据的非参数化方法和基于机理模型的反演方法,阐述了各类反演方法的特点、优势及局限性。最后从机理模型研究、多源遥感数据协同、生物量季节变化研究和遥感数据源不断丰富4个方面对今后的生物量遥感反演研究进行了展望。

关键词：森林地上生物量多元回归非参数化机理模型

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森林地上生物量估测现状研究

现代园艺 2022年第6期45卷 186-188页

作者：王泽源杨凌职业技术学院陕西杨凌712199

生物量是林业生产和森林生态研究中非常重要的信息,广泛应用于林地生产力评估、碳汇计算、森林火险风险普查等领域,森林地上生物量估测一直是研究的热点。总结了常见森林地上生物量估测方法,传统的生物量估测方法虽然准确,但费工费时,... 详细信息

生物量是林业生产和森林生态研究中非常重要的信息,广泛应用于林地生产力评估、碳汇计算、森林火险风险普查等领域,森林地上生物量估测一直是研究的热点。总结了常见森林地上生物量估测方法,传统的生物量估测方法虽然准确,但费工费时,现阶段随着科技的发展,测定地上生物量的方法越来越多,如光学遥感、微波遥感、激光雷达。通过以上技术收集来的数据,可用来拟合生物量模型,这些方法在估测地上生物量工作中展现了极高的效率,但精度一般。最新的研究体现在,通过多源遥感数据估测森林地上生物量,能提供更加丰富的林地信息,对于提高估测模型精度及准确性有极大的促进作用,也是今后遥感估测生物量的主要发展趋势。

关键词：森林地上生物量回归估计光学遥感微波遥感激光雷达

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森林地上生物量遥感估算研究进展

生态学杂志 2012年第5期31卷 1311-1318页

作者：汤旭光刘殿伟王宗明贾明明董张玉刘婧怡徐文明中国科学院东北地理与农业生态研究所长春130012 中国科学院研究生院北京100049 中国地质大学信息工程学院武汉4300743 吉林大学建设工程学院长春130026

根据所采用遥感数据源的不同,分析了当前应用遥感技术估算森林地上生物量的方法及其研究进展,讨论了基于光学遥感影像、微波数据及激光雷达数据反演方法的适用性及其不足,特别提出了融合多源遥感数据协同反演森林地上生物量的方法,最后... 详细信息

根据所采用遥感数据源的不同,分析了当前应用遥感技术估算森林地上生物量的方法及其研究进展,讨论了基于光学遥感影像、微波数据及激光雷达数据反演方法的适用性及其不足,特别提出了融合多源遥感数据协同反演森林地上生物量的方法,最后结合当前森林地上生物量研究中存在的问题对今后应重点开展的工作进行了展望,即发展机理模型、考虑尺度问题以及融合多源遥感数据。

关键词：森林地上生物量光学遥感微波遥感激光雷达

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森林地上生物量估测方法研究综述

北京林业大学学报 2011年第5期33卷 144-150页

作者：张志田昕陈尔学何祺胜国家林业局调查规划设计院中国林业科学研究院资源信息研究所河海大学地球科学与工程学院地理信息科学系

根据所采用数据源的不同,介绍了当前国内外森林地上生物量测算中所用的主要方法,即基于森林资源清查的方法和基于遥感估测的方法。根据国内外前期研究成果,概括了这两种方法的特点及其存在的一些不足,初步探讨了结合多源数据联合估测森... 详细信息

根据所采用数据源的不同,介绍了当前国内外森林地上生物量测算中所用的主要方法,即基于森林资源清查的方法和基于遥感估测的方法。根据国内外前期研究成果,概括了这两种方法的特点及其存在的一些不足,初步探讨了结合多源数据联合估测森林地上生物量的方法。结合当前森林地上生物量研究中存在的问题,讨论了估测方法的尺度、模型与参数化以及精度与验证的问题,最后提出了今后森林地上生物量研究中应重点开展的工作。

关键词：森林地上生物量森林资源清查遥感估测方法