星载激光雷达GEDI数据林下地形及森林冠层高度反演精度评价与应用
森林是陆地生态系统中占比最大的一部分，具有很重要的生态效益、社会效益、经济效益，森林的经营和管理是有效保护森林、维持生态稳定的重要环节，而林分结构是其基础。因此，高效且准确地获取冠层高度、林下地形等数据极为重要。美国航空航天局NASA于2018年12月5日发射了新一代天基测高系统，系统名为全球生态系统动力学研究GEDI(GlobalEcosystemDynamicsInvestigation)其目的为描述生态系统的结构和动态，以便从根本上改善对地球碳循环和生物多样性的量化和理解。GEDI激光器附属于国际空间站(ISS),在全球范围内收集北纬51.6°至南纬51.6°之间的数据，对地球的三维结构进行最高分辨率和最密集的采样。由于GEDI广泛应用于温带及热带地区森林观测中，不同的森林类型及气候条件会对其探测效果产生影响，且GEDI数据具有强弱光束之分，在不同时间观测系统所受的影响也各有不同，这些问题均会对GEDI反演林下地形及冠层的精度产生影响。本研究主要以美国西波拉森林与中国帽儿山森林地区为研究区域，以GEDI大光斑数据为研究对象，利用G-liht数据及帽儿山高精度机载雷达数据验证GEDIV2数据在针叶林及以阔叶树种为主的针阔叶混交林反演林下地形及冠层高度的精度，分析不同光束强度、光斑时间、坡度及植被覆盖度对林下地形及冠层高度反演精度的影响，并利用影响因素筛选、处理数据后结合Landsat8数据构建森林冠层高度模型，反演帽儿山地区森林冠层高度。 结果表明，美国西波拉地区地形反演精度均方根误差(RMSE)为2.33m,平均绝对误差(MAE)为1.48m;森林冠层反演精度均方根误差(RMSE)为5.50m,平均绝对误差(MAE)为4.92m;帽儿山地区地形反演精度RMSE值为4.49m,MAE值为3.33m;森林冠层反演精度均方根误差(RMSE)为4.40m,平均绝对误差(MAE)为3.66m。GEDI数据反演林下地形效果针叶林要优于以阔叶树种为主的针阔叶混交林，反演冠层高度效果针阔叶混交林优于针叶林，强光束优于覆盖光束，湿润地区白天效果更优，干旱地区黑夜效果更优，且GEDI数据对于林下地形的测定精度要明显优于冠层高度的测定精度。坡度的增大会明显引起GEDI数据精度的下降，高植被覆盖度也会导致更大的测定误差。利用随机森林算法，结合GEDI与Landsat8数据构建森林冠层高度模型，反演帽儿山地区森林冠层高度，使用机载雷达数据验证模型精度为R2=0.57,RMSE=3.40m。 GEDI数据可以较好地反映大范围的森林结构特征，但通过实验可以看出该数据在地形及冠层高度的反演中均会出现一定的误差，其受到光束效果及时间、外界环境及林分整体情况的影响，同时数据本身也存在较多不可用的损坏数据，因此，在后续该数据的应用及更新时，要注意选取和校正，并结合不同类型遥感数据推广到更大覆盖范围的森林结构观测，利用其进行更准确、高效的生态监测活动。
星载激光雷达;达GEDI数据;林下地形;森林冠层;反演精度
东北林业大学
硕士
森林经理学
于颖
2023
中文
S718.55
2023-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）