ICESat-2植被冠层高度和地表高程数据产品用于森林高度提取的效果评价

由美国宇航局(NASA)研制的新一代冰、云和陆地高程卫星(ICESat-2)于2018-09-15发射成功,其搭载的先进地形激光测高系统(ATLAS)采用微脉冲多波束光子计数激光雷达技术,可用于全球高程线采样数据的获取.目前公开发布了9种数据产品,其中包括植被冠层高度和地表高程数据产品(ATL08),为全球森林结构参数...     

高分二号异轨立体数据的森林高度提取

森林植被碳储量的空间分布格局及其动态变化是陆地生态系统碳收支核算的基础。作为森林地上生物量的重要指示因子,森林高度的精确估算是提高森林植被碳储量估算精度的关键。现有研究已证明,由专业星载摄影测量系统获取的立体观测数据可用于森林高度提取,但光学遥感数据最大的问题是受云雨等天气因素的影响严重。区域森林地上生物量产品的生产需要充分挖掘潜在数据源。国产高分二号卫星(GF-2)虽然不是为获取立体观测数据而设计的专业星载摄影测量系统,但其获取的图像空间分辨率可达0.8 m,且具备±35°的的侧摆能力,在重复观测区域可构成异轨立体观测。本文以分别获取于2015年6月20日和2016年7月19的GF-2数据作为立体像对,其标称轨道侧摆角分别为0.00118°和20.4984°,以激光雷达数据获取的林下地形(DEM)和森林高度(CHM)为参考,对利用GF-2立体观测数据进行森林高度提取进行了研究。通过对立体处理得到的摄影测量点云的栅格化得到DSM,以激光雷达数据提供的DEM作为林下地形,得到了GF-2的CHM。结果表明GF-2提取的CHM与激光雷达CHM空间分布格局较为一致,两者之间存在明显的相关性,像素对像素的线性相关性(R2)达到0.51,均方根误差(RMSE)为3.6 m。研究结果表明,在林下地形已知的情况下,GF-2立体观测数据可用于森林高度估算。     

利用主被动微波数据联合反演土壤水分

在黑河中游干旱区水文试验的基础上,以临泽站为研究区域,探讨主被动微波数据联合反演土壤水分的方法。针对ALOS/PALSAR数据,使用AIEM理论模型计算地表的同极化后向散射系数,Oh半经验模型描述交叉极化散射特征,通过对大量后向散射模拟数据的分析,建立裸露地表粗糙度计算模型;利用模拟数据分析地表辐射亮温随土壤水分和粗糙度的变化规律,在此基础上构建NN模型结合粗糙度计算结果和辐射计飞行数据反演研究区域的土壤水分。地面同步测量数据的验证结果表明,该方法充分发挥了主被动微波数据各自的优势,同时避免了主被动协同过程中的尺度问题,为流域尺度的土壤水分监测提供了一种新的有效途径。     

面向森林高度提取的光学多角度立体观测影像模拟

Canopy height is one of important indicators of carbon storage in forest ecosystems. Previous studies have demonstrated that optical stereo imagery held great potential for deriving forest canopy height. However, optical images are easily affected by cloud coverage and rains. The regional mapping of forest canopy height has to be achieved by the synthesis of multi-sensor and multi-temporal imagery. The spatial resolutions and viewing angles of existing spaceborne stereoscopic systems are quite different. It is essential to make a systematic investigation about the impact of image spatial resolutions and viewing angles on the vertical distribution of stereoscopic point clouds, which is the basis for the synergy of images acquired at different seasons even by different cameras. The theoretical model for the simulation of optical stereo imagery over forested areas is necessary for such studies. The LandStereo is such kind of model, which can simulate the along-track(only In-track viewing) stereoscopic imagery like ALOS/PRISM and ZY-3. However, the current version of LandStereo has no mode to simulate the along-track(including In-track and Cross-track) stereoscopic imagery like Worldview-1/2/3. Therefore, this study reported the modification of the LandStereo model to have it being able to simulate images acquired by any possible viewing directions in forest areas. Firstly, the calculation method of linear array projection center coordinates is improved, from originally only considering the change of observation altitude angle to considering the change of azimuth angle and altitude angle. Secondly, Rigorous imaging geometric model is improved to obtain RPC of images acquired by any possible viewing directions. Based on the improved LandStereo model, the bare and mountainous forest images with altitude angle of 75° and azimuth angle of 0°, 90°, and 225° are simulated to verify the accuracy and extract forest canopy height. The surface elevation extracted by the improved LandStereo model is consistent with the input DTM with high accuracy (r=0.99, RMSE=1.507), which proves the geometric accuracy of the improved LandStereo model. There are certain differences in the extraction accuracy of forest canopy height between stereo images of different angles. The results showed that the modified model could correctly simulate the stereoscopic features of forest canopy with given view direction, also initially demonstrated that view angle was an important factor affecting the estimation accuracy of forest canopy height by stereoscopic images. © 2023 Science Press. All rights reserved.     

激光雷达回波模型辅助的坡地森林冠层高度反演

大光斑激光雷达数据已广泛应用于森林冠层高度提取,但通常仅限于地形坡度小于20°的平缓地区。在地形坡度大于20°的陡峭山区,地形引起的波形展宽使得地面回波和植被回波信息混合在一起,给森林冠层高度提取带来巨大挑战。本文利用激光雷达回波模型和地形信息,提出了一种模型辅助的坡地森林冠层高度反演算法。该方法以激光雷达回波信号截止点为参考,定义了波形高度指数H50和H75,使用激光雷达回波模型与已知地形信息模拟裸地的激光雷达回波,将裸地回波信号截止点与森林激光雷达回波信号截止点对齐,利用裸地回波计算常用的波形相对高度指数RH50和RH75,对森林冠层高度进行反演。并与高斯波形分解法和波形参数法的反演结果进行了比较。研究结果表明:(1)利用所提取的波形指数RH50和RH75对胸高断面积加权平均高(Lorey’s height)进行了估算,在坡度小于20°时,高斯波形分解法、波形参数法和模型辅助法的估算结果与实测值线性拟合的相关系数(R2)分别为0.70,0.78和0.98,对应的均方根误差(RMSE)分别为2.90 m,2.48 m和0.60 m,模型辅助法略优于其他两种方法;(2)在坡度大于20°时,高斯波形分解法、波形参数法和模型辅助法的R2分别为0.14,0.28和0.97,相应的RMSE分别为4.93 m,4.53 m和0.81 m,模型辅助法明显优于其他两种方法;(3)在0°—40°时,模型辅助法对Lorey’s height估算结果与实测值的R2为0.97,RMSE为0.80 m。本研究提出的模型辅助法具有更好的地形适应性,在0°—40°的坡度范围内具备对坡地森林冠层高度反演的潜力。     

TerraSAR-X立体雷达数据提取东北典型林区DSM

森林垂直结构信息缺乏严重制约森林地上生物量估算精度的提高。立体雷达具备对森林垂直结构探测的能力,但早期雷达图像分辨率低。TerraSAR-X等高分辨率雷达数据的出现为利用立体雷达数据进行森林垂直结构探测提供了新的契机。本研究尝试采用立体雷达处理技术,利用TerraSAR-Xstripmap模式数据,以内蒙古根河大兴安岭林区和长白山自然保护区为研究区,重点探讨金字塔分层匹配策略中涉及的关键匹配参数对DSM提取精度的影响规律。结果发现:(1)影像匹配采用的金字塔层数对DSM提取精度影响明显,在大兴安岭研究区,采用5、6、7层金字塔匹配得到的DSM误差在±10m内的像元百分比分别为81.8%、77.7%和77.1%,5层金字塔能以较高的初始分辨率减少林区纹理信息的损失;在长白山研究区,采用7层金字塔得到的DSM能够抑制明显的误匹配点,提高地形提取精度;(2)影像匹配窗口对同名点识别的质量影响明显,采用25×25的匹配窗口,与9×9匹配窗口相比,大兴安岭和长白山研究区影像的平均相关性分别由0.43、0.40提高到0.49、0.45,林区纹理信息欠丰富,宜采用较大匹配窗口;(3)大兴安岭和长白山研究区提取的DSM与参考DSM线性回归的RMSE分别为6.682 m和10.384 m,DSM误差主要存在于坡度变化剧烈的地区,透视收缩和叠掩等几何畸变导致匹配结果不可靠。     

大兴安岭林区无人机可见光影像散发枯立木识别算法

枯立木识别对森林资源管理,生物多样性保护,以及森林碳储量变化评估具有重要价值.无人机高分辨率影像为枯立木调查提供了较为便捷的方式.现有枯立木识别算法多依靠拥有红边、近红外波段的多光谱影像来实现.相比于多光谱相机,消费级无人机通常搭载的是用于获取可见光(RGB)影像的普通数码相机,较少的波段信息为基于RGB影像的枯立木自...