全波LiDAR反演地形参数的树高估计

发布时间：2025-06-25 22:12

　　 针对全波激光雷达(LiDAR)数据在坡地森林高度估测中的应用,该文提出利用地形参数估测树高的方法。首先以ICESat-GLAS大光斑全波形数据为数据源,利用指数加权和形式建立全波LiDAR波形的理想数据模型,并采用最小二乘法求解该理想模型;其次,利用阈值法确定有效波形的始末位置,进而得到有效波形的波形长度,并据此估计地形起伏参数;结合光斑直径、波形长度、地形起伏参数以及地表展宽程度,建立树高估测模型。以黑龙江省大兴安岭为实验研究区,估测树高与实际测量值之间的相关系数为0.926 2。实验结果表明:针对地形坡度等外在因素影响,利用波形本身特征参数,能有效量化地形因素的影响,并能有效解决地形复杂地区树木高度估测问题。

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【部分图文】：

图1 原始波形和拟合波形

利用最小二乘法拟合理想波形与实际波形,并以此求解模型参数,所求解的模型参数(均值)对应该光斑内地面和树木顶端在垂直方向的具体位置信息,即高度信息。原始波形和拟合波形数据如图1所示,其中横坐标由回波帧数转化为相对高程,纵坐标表示脉冲强度,根据树木和地表的均值参数,结合波形数据的垂直....

图2 植被坡度高度模型

假设树木均匀生长在坡度为θ的坡地上,树木实际高度为H,由地形引起的坡度高为S,由地形引起的坡高与坡度成正相关,引入常数k′表征植被所处地形起伏参数,D为光斑直径,如图2所示,树木所处虚线和实线位置不同,从而使得地形起伏系数k′值大小的不同。由图2可看出,由于树木所在坡地的地形起伏....

图3 坡度与地形展宽之间的关系

由式(7)可知,由坡度信息建立的理想树高模型可用来估测树木高度,但由于在坡度一定且树木覆盖度较大的区域,采用高精度DEM数据提取地形坡度较为困难。在全波LiDAR波形数据中,地形等外在因素会导致地表对应的波形部分发生较大程度的展宽,可近似认为地形坡度与地表展宽呈现正比例关系,因此....

图4 遥感影像和光斑分布

利用本文提出树高估计算法实现坡地树高估测,所选研究区域为黑龙江省大兴安岭地区(121°12′～127°00′E,50°10′～53°33′N),该研究区地内形坡度范围为0～28°,森林覆盖率为79.83%,研究区森林面积为665.1km2,活力木总蓄积5.14亿m3,植物类别以....

本文编号：4052696