[发明专利]一种基于机载激光雷达数据的森林蓄积量分布估测方法

说明书

本发明公开了一种基于机载激光雷达数据的森林蓄积量分布估测方法，属于森林资源监测、森林可持续经营管理和生态因子调查领域。本发明首先将激光雷达点云数据进行归一化处理，从归一化点云数据中提取特征变量；然后采用最大似然法解算Weibull尺度参数和形状参数，对激光雷达特征变量进行优选并反演Weibull尺度参数和形状参数；最后利用两参数Weibull分布模型预测森林蓄积量分布。本发明对森林蓄积量分布的估测方法与其他相近估测方法相比，其总体精度提升了5％以上，该方法不仅利于特征变量的机理解释，也可用于天然林和次生林。

技术领域

本发明属于森林资源监测、森林可持续经营管理和生态因子调查领域，更具体地说，涉及一种基于机载激光雷达数据的森林蓄积量分布估测方法。

背景技术

精确的森林蓄积量分布信息，对于森林资源监测、森林可持续经营管理和生态因子调查有重要意义。同时，这些信息也可以用于掌握森林竞争、维护生物多样性、加强可持续森林管理，对于促进全球碳平衡具有重要意义。常规的森林蓄积量分布信息获取主要依赖于野外调查，其工作量较大，且不利于蓄积量分布信息的更新。激光雷达技术(LiDAR)作为一种主动遥感技术，受天气环境等的影响较小，能够较好地获取森林的植被高程信息及冠层三维结构信息。利用激光雷达数据可以有效估算森林蓄积量分布。

近年来，基于激光雷达对森林结构参量(如林分直径、胸高断面积和蓄积量等)分布进行估算的研究为：Gobakken等2004年在《Scandinavian Journal of ForestResearch》第16卷上发表的“Estimation of diameter and basal area distributionsin coniferous forest by means of airborne laser scanner data”，该研究借助激光雷达数据，通过提取的激光雷达特征变量，结合参数预测方法对林分直径和胸高断面积分布进行了估算。Thomas等2008年在《Forestry Chronicle》第84卷上发表的“LiDAR andWeibull modeling of diameter and basal area”，该研究采用机载激光雷达数据，并基于参数预测方法，加拿大安大略省中部的北方森林直径分布进行估测。然而，以上方法都是基于简单激光雷达变量，并未充分利用激光雷达的三维结构信息。同时，更未见全面深入预测反映森林生长发育规律的蓄积量分布指标的方法。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供基于激光雷达特征变量和实测蓄积量分布信息，采用两参数Weibull分布模型进行预测蓄积量分布的一种森林蓄积量分布估测方法，具有较高的估测的能力和精度。

技术方案：为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于机载激光雷达数据的森林蓄积量分布估测方法，首先将激光雷达点云数据进行归一化处理，从归一化点云数据中提取特征变量；然后采用最大似然法解算Weibull尺度参数和形状参数，对激光雷达特征变量进行优选并反演Weibull尺度参数和形状参数；最后利用两参数Weibull分布模型预测森林蓄积量分布。

包括以下步骤：

(1)借助航空飞机采集激光雷达数据，在地面设置样地，并在样地中记录每木的胸径和树高；

(2)将激光雷达原始点云数据滤波、插值生成数字高程模型，通过生成的数字高程模型对点云数据进行归一化处理；

(3)从归一化点云数据中提取传统特征变量和冠层特征变量作为激光雷达特征变量；

(4)采用最大似然法解算Weibull尺度参数和形状参数，将解算得到的两参数作为预测量与优选的激光雷达特征变量建立回归关系，从而预测Weibull尺度参数和形状参数；

(5)通过步骤4预测得到的Weibull尺度参数和形状参数还原蓄积量分布。