機(jī)載激光雷達(dá)平均樹高提取研究(I)

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1、第12卷第1期遙感學(xué)報(bào)Vol.12,No.12008年1月JOURNALOFREMOTESENSINGJan.,2008文章編號(hào):100724619(2008)0120152207機(jī)載激光雷達(dá)平均樹高提取研究龐勇,趙峰,李增元,周淑芳,鄧廣,劉清旺,陳爾學(xué)(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所遙感室,北京100091)摘要:為了研究機(jī)載激光雷達(dá)(LiDAR)樹高提取技術(shù),以山東省泰安市徂徠山林場(chǎng)為實(shí)驗(yàn)區(qū),于2005年5月進(jìn)行了機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)獲取和外業(yè)測(cè)量。通過對(duì)LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分類處理,分別得到了試驗(yàn)區(qū)的地面點(diǎn)云子集、植被點(diǎn)云子集和高程歸一化的植被點(diǎn)云

2、子集?；诟叱虤w一化的植被點(diǎn)云子集計(jì)算了上四分位數(shù)處的高度,與實(shí)地測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較,并結(jié)合中國(guó)森林調(diào)查規(guī)程進(jìn)行了實(shí)用性分析。結(jié)果表明:對(duì)于較低密度的點(diǎn)云數(shù)據(jù),使用分位數(shù)法可以較好地進(jìn)行林分平均高的估計(jì);機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)對(duì)樹高估計(jì)是可行的,精度都高于87%,總體平均精度為90.59%,其中闊葉樹的精度高于針葉樹。該試驗(yàn)精度可以滿足中國(guó)二類森林調(diào)查規(guī)程中平均樹高因子的一般商品林和生態(tài)公益林的精度要求,對(duì)國(guó)有商品林小班的調(diào)查精度要求(5%)存在一點(diǎn)差距,需要在國(guó)有商品林區(qū)進(jìn)一步開展驗(yàn)證工作。對(duì)本試驗(yàn)區(qū)而言,已經(jīng)可以滿足其作為森林公園生態(tài)公益林的調(diào)查要求。關(guān)鍵

3、詞:LiDAR;點(diǎn)云數(shù)據(jù);上四分位數(shù);樹高中圖分類號(hào):TP79/S7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A林業(yè)上的應(yīng)用。小腳印的激光雷達(dá)系統(tǒng)已經(jīng)成功地[5]1引言用于大范圍的森林資源清查中,星載大腳印激光雷達(dá)已經(jīng)在軌運(yùn)行并成功地進(jìn)行了全球的數(shù)據(jù)[6]中國(guó)林業(yè)的一類、二類森林資源清查,在傳統(tǒng)的獲取。調(diào)查和處理方法的基礎(chǔ)上,不斷改革,科技含量不斷Nelson等通過計(jì)算冠頂和地面回波之間的距離[1]增加,使中國(guó)的森林資源監(jiān)測(cè)水平得到了前所未有計(jì)算了樹高,精度達(dá)90%以上。馬里蘭大學(xué)地理的發(fā)展。但林木高度信息的獲取一直未能獲得突系Dubayah等人與NASA2GSFC合作提出了星載植破,

4、主要靠人工獲取,大大限制了遙感技術(shù)在森林調(diào)被激光雷達(dá)系統(tǒng)(VCL)計(jì)劃,該計(jì)劃的機(jī)載實(shí)驗(yàn)系查中的應(yīng)用,也降低了遙感在估測(cè)森林蓄積量、生物統(tǒng)(LVIS)在美國(guó)、加拿大、澳大利亞等多個(gè)國(guó)家進(jìn)量、森林結(jié)構(gòu)等方面的精度,從而使得遙感僅能獲得行了成功的實(shí)驗(yàn),發(fā)展了森林激光雷達(dá)回波波形處[7,8]一些定性的信息,不能定量獲取森林參數(shù)。激光雷理的方法并進(jìn)行了驗(yàn)證。達(dá)LiDAR(LightDetectionandRanging)是近年來國(guó)Lefsky等人對(duì)多種先進(jìn)的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較際上發(fā)展十分迅速的主動(dòng)遙感技術(shù),在森林參數(shù)的研究,包括多時(shí)相的LandsatTM數(shù)據(jù)、高空

5、間分辨定量測(cè)量和反演上取得了成功的應(yīng)用。激光雷達(dá)具率的機(jī)載ADAR數(shù)據(jù)、機(jī)載高光譜AVIRIS數(shù)據(jù)和有與被動(dòng)光學(xué)遙感不同的成像機(jī)理,給林業(yè)遙感帶機(jī)載激光雷達(dá)SLICER數(shù)據(jù),結(jié)果表明激光雷達(dá)數(shù)來了重大突破,對(duì)植被空間結(jié)構(gòu)和地形的探測(cè)能力據(jù)反演出的樹木結(jié)構(gòu)參數(shù)精度最高。并指出,盡管很強(qiáng),特別是對(duì)森林高度的探測(cè)能力,具有其他遙感目前激光雷達(dá)只有采樣數(shù)據(jù),但與其他影像數(shù)據(jù)結(jié)數(shù)據(jù)無法比擬的優(yōu)勢(shì)。合使用將大大提高林業(yè)遙感的精度,將來隨著星載[9]近20年來,研究者發(fā)展了許多用激光雷達(dá)數(shù)據(jù)激光雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)施,必能取得更廣泛的應(yīng)用。[1—4]反演林木參數(shù)的算法,極大推進(jìn)

6、了激光雷達(dá)在本文以山東省泰安市徂徠山林場(chǎng)為實(shí)驗(yàn)區(qū),于收稿日期:2006209227;修訂日期:2007202207作者簡(jiǎn)介:龐勇(1976—),男,2000年獲中國(guó)林科院資源信息所森林經(jīng)理專業(yè)碩士學(xué)位,2006年獲中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)博士學(xué)位,現(xiàn)在資源信息所遙感室工作。主要從事合成孔徑雷達(dá)和激光雷達(dá)對(duì)地觀測(cè)機(jī)理和森林參數(shù)定量反演等方面的研究。E2mail:caf.pang@gmail.com。第1期龐勇等:機(jī)載激光雷達(dá)平均樹高提取研究1532005年5月進(jìn)行了機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)獲取和外業(yè)測(cè)GeoXT)進(jìn)行差分定位。樣地形狀以矩形

7、或圓形為量。通過對(duì)LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理,基于高程歸一主。樣地的選擇主要考慮樹種、樹齡、郁閉度等因化的植被點(diǎn)云子集計(jì)算了局地最大值、上四分位處素,試驗(yàn)區(qū)內(nèi)共選擇樣地33塊。的高度和平均高度,利用分位數(shù)法對(duì)林分平均高進(jìn)林分平均高采用斷面積加權(quán)法計(jì)算,計(jì)算公式行了反演。如下:k2研究數(shù)據(jù)與方法∑higii=1H=(1)k2.1實(shí)驗(yàn)區(qū)概況∑gii=1式中,hi為第i株林木的樹高,gi為第i株林木的胸試驗(yàn)區(qū)選在山東省泰安市徂徠山林場(chǎng),林場(chǎng)位高斷面積,k為林分株數(shù)。于魯中泰沂山區(qū),東經(jīng)117°16′—117°20′,北緯36°02′—36°07′。徂徠山位于泰沂山

8、脈南側(cè),孤立于平2.4LiDAR估測(cè)樹高基本原理原,主脈東西走向,