[发明专利]基于多角度卫星观测数据的森林生物量反演方法

说明书

本发明提供了基于多角度卫星观测数据的森林生物量反演方法，属于空间信息技术领域，包括以下步骤；步骤S10：利用半变异函数选择出森林覆盖且均质的中等分辨率成像光谱仪‑MODIS像元；步骤S11：基于一种热点校正的核驱动模型重构均质MODIS像元在近红外波段的热点观测方向反射率；步骤S12：基于最小二乘回归法建立森林覆盖且均质MODIS像元在近红外波段的热点反射率与地面实测森林地上生物量‑AGB的数学关系模型，基于该关系模型开展相关森林类型的AGB预测。本发明能够实现地区或者全球尺度森林地上生物量的制图，绘制更为完整和全面，精度更高。

技术领域

本发明属于空间信息技术领域，涉及基于多角度卫星观测数据的森林生物量反演方法。

背景技术

森林地上生物量(AGB)是量化地表碳循环的关键植被特征，因此被广泛应用于气候变化、生物多样性等研究领域。大尺度的森林AGB图被认为是监测植被动态变化的有效手段，因此如何获取精度较高的AGB图是遥感科学和生态研究领域的热点研究课题。随着遥感技术的发展，种类繁多的遥感卫星传感器获取的对地观测数据为绘制大尺度森林AGB图提供了机会，如光学遥感数据、雷达数据(Radar)，和激光雷达数据(LiDAR)。

Radar和LiDAR作为主动遥感技术，由于具备较强的穿透能力，已被广泛用于大尺度森林AGB估算。虽然Radar和LiDAR是森林AGB监测的有效手段，但这类主动仪器存在一些局限性，如较差的时间和空间覆盖范围，这些问题在短期内无法解决。多角度观测遥感在植被结构参数反演中的能力已经被广泛认可，如已经成功用于植被聚集指数，森林高度等植被结构参数的反演；此外，已有的多角度遥感观测具有长时间序列和全球尺度的观测能力，如中分辨率成像光谱仪(MODIS)。因此，多角度遥感有望成为森林AGB制图的有效手段。

发明内容

本发明要解决的问题是在于提供基于多角度卫星观测数据的森林生物量反演方法，解决以上背景技术中存在的问题，本申请基于MODIS多角度观测中涵盖有植被的结构信息，并且具有长时间序列和全球尺度的观测能力，MODIS多角度观测数据结合本发明提出的方法能够实现地区或者全球尺度森林地上生物量的制图，绘制更为完整和全面，精度更高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于多角度卫星观测数据的森林生物量反演方法，包括以下步骤；

步骤S10：基于半变异函数选择出森林覆盖且均质的MODIS像元；

步骤S11：根据步骤S10选择出的森林覆盖且均质的MODIS像元，采用核驱动模型计算相应的MODIS像元在近红外波段热点观测方向的反射率；

步骤S12：根据步骤S10选择出的森林覆盖且均质的MODIS像元，对MODIS像元内的森林进行采样测量，测量获取树木的胸径(DBH)；根据采样的DBH，基于生长异速方程计算样地内树木的AGB；最后，将采样得到的所有林木的AGB求和作为对应MODIS像元的地面观测AGB。

步骤S13：根据步骤S11和步骤S12提供的MODIS像元在近红外波段的热点反射率和地面实测AGB，基于最小二乘回归法建立AGB与MODIS在近红外波段的热点观测方向反射率的数学关系模型，利用该关系模型即可开展相关森林类型的AGB预测。

在本发明一实施例中，所述步骤S10的具体实现步骤如下：

步骤S101：MODIS像元均质性的评价是基于地统计学中的半变异函数实现。选择晴空条件下的美国陆地卫星(Landsat)地表反照率产品作为半变异函数的输入参数，当基于半变异函数计算的基台值小于5.0e-04时，相关MODIS像元为均质像元，即像元被森林均匀覆盖。半变异函数的数学表达如下