多源光学遥感数据估算桉树森林生物量

为了克服单个传感器影像在估算森林生物量的方面的局限性,采用多传感器遥感影像估算森林生物量成为目前的发展趋势。该研究根据光学遥感数据源比较多的特点,采用Landsat5 TM数据、ALOS AVNIR-2数据和CBERS-02B CCD数据估算东莞市桉树森林生物量,在对比分析单个传感器估算生物量能力的基础上,将3种传感器结合在一起估算东莞市桉树生物量,充分发挥不同光学传感器在光谱分辨率、辐射分辨率、空间分辨率和时间分辨率等方面的优点,避开各自的缺点,提高了遥感估算桉树生物量的精度,其调整系数R2达到0.65。该研究可为进一步研究大范围的森林生物量估算提供参考。     

森林地上生物量遥感反演方法综述

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。     

激光雷达数据在森林垂直结构参数反演中的应用综述

激光雷达能够获得高精度的森林垂直结构信息和林下地形信息,在林业研究领域具有其他遥感技术无法代替的优势。本文详细介绍了星载激光雷达系统和机载激光雷达系统工作原理基础上,阐述了两种激光雷达数据在森林单木因子估算、森林冠层高度估算、森林生物量和蓄积量估算、森林叶面积指数估算方面的应用情况,并与地面激光雷达和多源数据融合进行了展望。     

森林地上生物量遥感估测研究进展

森林生物量是衡量生态系统生产力的重要指标,也是研究森林生态系统物质循环的重要基础,其估测方法可以分为传统地面实测法、遥感监测法和综合模型法.随着生物量估测从样地研究发展到区域应用,空间尺度的增大导致宏观资料和参数的获取存在很多困难.在深入分析目前应用遥感技术估算森林生物量的方法及原理基础上,系统评述了统计模型、物理模型...     

HJ-1B CCD2与SPOT4 HRVIR数据在森林地上生物量反演中的比较分析

以贡嘎山地区为研究区,选取HJ-1BCCD2和SPOT4HRVIR为数据源,结合地面同步实测数据,分别采用植被指数法和主成分分析法对森林地上生物量进行估算,并基于交叉验证的方法对比分析了两种传感器估算贡嘎山森林地上生物量的效果:针对单一植被指数,基于比值植被指数构建的生物量反演模型明显优于其他植被指数,且HJ-1BCCD2的表现好于SPOT4HRVIR;在联合多种植被指数建立的生物量反演模型方面,两种数据源的估算能力基本相当,交叉验证的相关系数分别为0.545 8和0.563 4,均方根误差分别为27.811 4t·ha和27.169 6t·ha;主成分分析法则为HJ-1BCCD2传感器的表现优于SPOT4HRVIR。     

基于遥感的区域尺度森林地上生物量估算研究

森林是陆地生态系统最大的碳库,精确估算森林生物量是陆地碳循环研究的关键。首先从机载LiDAR数据中提取高度和密度统计量,采用逐步回归模型进行典型样区生物量估算;然后利用机载LiDAR数据估算的生物量作为样本数据,与多光谱遥感数据Landsat8 OLI的波段反射率及植被指数建立回归模型,实现区域尺度森林地上生物量估算。实验结果显示,机载LiDAR数据估算的鼎湖山样区生物量与地面实测生物量的相关性R2达0.81,生物量RMSE为40.85 t/ha,说明机载LiDAR点云数据的高度和密度统计量与生物量存在较高的相关性。以机载LiDAR数据估算的生物量为样本数据,结合多光谱遥感数据Landsat8 OLI估算粤西北地区的森林地上生物量,精度验证结果为:R2为0.58,RMSE为36.9 t/ha;针叶林、阔叶林和针阔叶混交林等3种不同森林类型生物量的估算结果为:R2分别为0.51(n=251)、0.58(n=235)和0.56(n=241),生物量RMSE分别为24.1 t/ha、31.3 t/ha和29.9 t/ha,估算精度相差不大。总体上看,利用遥感数据可以开展区域尺度的森林地上生物量估算,为森林固碳监测提供有力的参考数据。     

机器学习算法在森林地上生物量估算中的应用

森林地上生物量是森林生产力的重要评价指标,对其进行高效监测对维持全球碳平衡和保护生态系统具有重要意义。本文首先基于冠层高度模型数据,通过分水岭分割算法得到单木冠幅边界;然后在单木冠幅范围内提取23个LiDAR变量,结合佩诺布斯科特试验森林的87组实测数据,利用随机森林和支持向量机建立森林地上生物量估算模型;最后对样地模型估算的结果进行了比较,讨论了预测结果及其精度。结果表明:本文选用的随机森林模型和支持向量机模型在估算森林地上生物量的应用中获得了较高的精度;并且,随机森林模型在基于机载雷达数据估测森林地上生物量中的估算精度更高,模型泛化能力更强,制图精度也更好,具有更好的适用性。     

GLAS星载激光雷达和Landsat/ETM+数据的森林生物量估算

基于大脚印激光雷达数据和野外观测数据,该文提出一种获取脚印点内森林生物量的新思路,并结合陆地卫星数据应用于长白山地区森林地上生物量估算。首先,基于3种森林类型(针叶林、阔叶林和针阔混交林),采用多元逐步回归方法建立激光雷达波形指数与脚印点内实测平均树高的回归模型,估算全部脚印点内的平均树高;然后根据脚印点内样方的野外观测数据(平均树高和平均胸径)以及它们与样方生物量的拟合方程估算没有野外调查数据对应的脚印点的生物量;最后对3种森林类型的脚印点森林生物量在各森林覆盖度条件下进行分层分区统计得到生物量等级图。验证比较遥感估算的生物量与野外调查数据推算的生物量,总体误差在0~30(t·hm~(-2))之间,均方根误差为14.66(t·hm~(-2))。     

高光谱与高空间分辨率遥感数据的亚热带森林生物量反演

精确估算森林生物量对全球碳平衡以及气候变化的研究有重要意义。以亚热带天然次生林为研究对象,借助地面实测样地数据,通过对机载LiCHy(LiDAR,CCD and Hyperspectral)传感器同时获取的高光谱和高空间分辨率数据进行信息提取和数据融合,建模反演森林生物量。首先通过面向对象分割方法进行单木冠幅提取,然后融合从高光谱数据提取的光谱特征变量和从高空间分辨率数据提取的单木冠幅统计变量,构建多元回归模型估算地上、地下生物量,最后利用地面实测生物量经交叉验证评价模型精度。结果表明,综合模型的精度(R~2为0.54—0.62)高于高光谱模型(R~2为0.48—0.57);在高光谱模型中地上生物量模型精度(R~2为0.57)高于地下生物量模型(R~2为0.48);在综合模型中地上生物量模型精度(R~2为0.62)同样高于地下生物量模型(R~2为0.54)。交叉验证结果表明,与仅使用高光谱数据(单一数据源)相比,通过集成高光谱和高空间分辨率数据的生物量反演效果有所提升,可以更加有效地估算亚热带森林生物量。     

Pi-SAR极化数据与K分布指数估算森林生物量与实验验证

用2002年和2003年日本Pi-SAR全极化数据,研究日本北海道苫小牧森林地区的森林生物量.雷达后向散射系数随森林生物量的增大而增大并迅速达到饱和,L波段雷达数据饱和点约为40t/hm2,X波段仅约为20t/hm2.在SAR数据统计分布中,K分布的指数参数在饱和点以上仍随生物量的增大而增大,并且HV极化方式时相关性最高.根据交叉极化数据K分布的指数参数与森林生物量的关系,本文估算了23个观测点的森林生物量,结果表明平均准确率为85%.因此该算法可以作为一种新的估算森林生物量的手段.     

Carbon sinks and tropical forest biomass estimation: a review on role of remote sensing in aboveground-biomass modelling

Tropical forest embraces a large stock of carbon and contributes to the enormous amount of above- and below-ground biomass and the global carbon cycle. The carbon kept in the above-ground living biomass of trees is typically the largest pool and the most directly impacted by deforestation and degradation. Hence, quantifying carbon stock and fluxes from tropical forests by estimating the above-ground forest biomass is the critical step that will be investigated further in this paper. Remote sensing technology can provide many advantages in quantifying and mapping forest structure and monitoring and mapping above-ground biomass, and is both temporally and spatially accurate. Therefore, a good data-set of biomass which comprises canopy height and canopy structure can provide carbon sequestration potential for forest reserves. This paper reviews a thorough research of biomass estimation using remote sensing and geospatial technologies.     

结合树龄信息的遥感森林生态系统生物量制图

森林生态系统是陆地生态系统中的重要组成部分，其中的地上生物量（AGB，Aboveground Biomass）在全球气候变化和碳循环研究中起着重要的作用。本文利用ETM^＋遥感影像，首先建立了实测叶面积指数（LAI，Leaf Area Index）与实测生物量数据的回归关系，基于遥感叶面积指数图像得到初步地上生物量空间分布图；同时在短波植被指数（SWVI，Short Wave Vegetation Index）与实测树龄之间建立了回归关系，在此基础上得到了树龄空间分布图。然后通过将植被指数（VI，Vegetation Index），LAI，树龄等变量针对不同的树种类型进行逐步回归，得到了较好的回归模型，并结合土地利用／土地覆盖估算了贵州省黎平县的地上生物量，绘制了其空间分布图。统计结果显示：总体森林生态系统的AGB与LAI和RSR（Reduced Simple Ratio）之间有一定的相关关系（R^2=0．895）；杉木林的AGB与LAI和归一化植被指数（NDVI，Normalized Difference Vegetation Index）之间有较强的相关性（R^2=0．93）；针叶树种的LAI与年龄是AGB较好的估算因子（R^2=0．937）；阔叶林的AGB与年龄有一定的相关性（R^2=0．792）；混交林的AGB与LAI和SR（Simple Ratio）有较强的相关性（R^2=0．931）。结果表明，将树龄和土地覆盖／土地利用类型的信息加入到地上生物量估算模型的建立中，是一种改善利用多光谱遥感估算精度的较好的方法。结合土地覆盖／土地利用类型的高分辨率的树龄空间分布图，可为森林生态系统的可持续发展和管理提供科学的论据。     

一种后向迭代的森林生物量遥感特征选择方法

森林生物量的估算对于全球碳平衡和环境保护至关重要。通过遥感等手段提取与森林生物量相关的单波段特征、植被指数、纹理特征、地形因子等特征参数,特征数量往往较多,影响预测精度。该文提出了一种后向迭代的随机森林(RF-RFE)特征选择方法,即利用随机森林算法计算特征重要度,采用后向迭代的方法逐步简化特征参数。以内蒙古大兴安岭地区的激流河林场为研究区域,以实验区2012年"资源三号"遥感影像和森林资源3类调查的样地数据为数据源,使用RF-RFE算法进行特征选择分析。实验结果表明,在森林生物量遥感反演过程中的RF-RFE特征选择不但能降低时间复杂度,而且保证了特征选择的精度。     

A survey of remote sensing-based aboveground biomass estimation methods in forest ecosystems

Remote sensing-based methods of aboveground biomass (AGB) estimation in forest ecosystems have gained increased attention, and substantial research has been conducted in the past three decades. This paper provides a survey of current biomass estimation methods using remote sensing data and discusses four critical issues – collection of field-based biomass reference data, extraction and selection of suitable variables from remote sensing data, identification of proper algorithms to develop biomass estimation models, and uncertainty analysis to refine the estimation procedure. Additionally, we discuss the impacts of scales on biomass estimation performance and describe a general biomass estimation procedure. Although optical sensor and radar data have been primary sources for AGB estimation, data saturation is an important factor resulting in estimation uncertainty. LIght Detection and Ranging (lidar) can remove data saturation, but limited availability of lidar data prevents its extensive application. This literature survey has indicated the limitations of using single-sensor data for biomass estimation and the importance of integrating multi-sensor/scale remote sensing data to produce accurate estimates over large areas. More research is needed to extract a vertical vegetation structure (e.g. canopy height) from interferometry synthetic aperture radar (InSAR) or optical stereo images to incorporate it into horizontal structures (e.g. canopy cover) in biomass estimation modeling.     

中国林火卫星遥感预警监测技术研究进展

中国目前已形成了地面巡护、近地面监测、航空巡护和卫星监测等4级立体林火监测层次,但森林火灾仍是造成中国森林资源损失、森林生态环境安全和人身伤害的主要林业灾害。为对林火预警监测技术研究提供技术借鉴参考,本文从可燃物参数估测、烟区识别、着火点检测、森林大火燃烧动态监测、森林火烧迹地制图、森林火灾受害程度评价、森林燃烧生物量估算和火后植被恢复监测等8个方面,对中国近二十多年来开展的林火卫星遥感预警监测应用技术的研究进展、存在的技术问题和发展趋势进行了分析,并对构建服务于生态文明建设的天—空—地一体化的林火预警监测技术体系建设进行了展望。     

Status and future of laser scanning, synthetic aperture radar and hyperspectral remote sensing data for forest biomass assessment

This is a review of the latest developments in different fields of remote sensing for forest biomass mapping. The main fields of research within the last decade have focused on the use of small footprint airborne laser scanning systems, polarimetric synthetic radar interferometry and hyperspectral data. Parallel developments in the field of digital airborne camera systems, digital photogrammetry and very high resolution multispectral data have taken place and have also proven themselves suitable for forest mapping issues. Forest mapping is a wide field and a variety of forest parameters can be mapped or modelled based on remote sensing information alone or combined with field data. The most common information required about a forest is related to its wood production and environmental aspects. In this paper, we will focus on the potential of advanced remote sensing techniques to assess forest biomass. This information is especially required by the REDD (reducing of emission from avoided deforestation and degradation) process. For this reason, new types of remote sensing data such as fullwave laser scanning data, polarimetric radar interferometry (polarimetric systhetic aperture interferometry, PolInSAR) and hyperspectral data are the focus of the research. In recent times, a few state-of-the-art articles in the field of airborne laser scanning for forest applications have been published. The current paper will provide a state-of-the-art review of remote sensing with a particular focus on biomass estimation, including new findings with fullwave airborne laser scanning, hyperspectral and polarimetric synthetic aperture radar interferometry. A synthesis of the actual findings and an outline of future developments will be presented.     

高光谱和LiDAR联合反演森林生物量研究

估算森林地上生物量(AGB)对于全球实现碳中和目标至关重要。本文以美国缅因州Howland森林为研究区域,借助地面实测样地数据,对比分析协同不同数据源(高光谱和LiDAR)和机器学习算法(随机森林、支持向量机、梯度提升决策树和K最邻近回归)的研究,以改善Howland森林的生物量估计精度。结果表明,采用LiDAR和高光谱植被指数变量模型的最佳精度分别为0.874和0.868,协同高光谱和LiDAR变量并采用梯度提升决策树回归模型的精度为0.927,即多源遥感数据要优于单一数据源。高光谱和LiDAR数据的协同使用对于提高类似于Howland地区或更广泛区域的生物量估计的准确性,具有普遍的适用性与一定的应用前景。     

利用激光雷达和多角度频谱成像仪数据估测森林垂直参数

植被的结构参数如植被高度、生物量、水平和垂直分布等，是影响陆地与大气能量交换乃至生物圈多样性的重要因素。多数遥感系统虽然可以提供植被水平结构的图像，但是不能提供植被成分垂直分布的信息。大尺度激光雷达仪器如LVIS产生的激光雷达信号，已成功地用于估计树高和森林生物量，然而大多数激光雷达仪器不具备图像能力，只能提供一个区域内的采样数据。其他的遥感数据如多角度高光谱、多频率多时相辐射计或雷达数据，可根据GLAS（Geoscience Laser Altimeter System）采样的测量用来推断出连续的森林结构区域覆盖参数。 MISR（Multi-angle Imaging Spectrometer）对陆表多角度的成像能力，可以通过BRDF的各向异性提供植被的结构信息。结合激光雷达的垂直采样和MISR的图像，区域内乃至全球性的森林空间参数的成像是可能的。ICESat卫星上的GLAS数据、Terra卫星上的MISR数据为区域或全球性森林结构参数提供了可能。本文的研究目的是评估GLAS数据，分析类似于MISR的数据对森林结构参数的估计能力。本文中使用了LVIS、AirMISR和GLAS数据。通过对GLAS树高的测量与GLAS像元内来自LVIS的平均树高对比，发现它们是高度相关的。同时还探讨了多角度频谱成像仪数据预测树高信息的能力，这将在今后区域内森林结构参数映射加以研究。