融合角度指数和大光斑激光雷达数据的区域森林生物量估算

The aim of this research is to develop the method to estimate the regional forest biomass merging forest inventory data, GLAS waveform and Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) shape indicators. The content including: 1) retrieving of GLAS waveform parameters and modeling of forest canopy height (FCH); 2) estimation of regional forest biomass merging forest inventory data, GLAS waveform and BRDF shape indicators. Firstly, the data quality of GLAS waveform should been controlled by Signal-to-Noise or other indexes, like slope grade, to develop the wavelet algorithm for waveform decomposition and waveform fitting, and to calculate the model parameters and to build the model of forest canopy height. Furthermore, to intergrate the point data and surface data (plot data, large footprint lidar data and BRDF shape indicators), the regional forest biomass will been estimated by merging forest inventory data, GLAS waveform and BRDF shape indicators,using the forecast algorithm including the Random Forest or Cubist.

利用GLAS大光斑激光雷达数据、光学遥感数据和森林调查数据，开展区域森林生物量估算。内容包括：1）大光斑激光雷达波形参数提取与森林冠顶高度建模；2）融合的样方数据、GLAS 波形数据和角度指数的森林生物量区域外推。 首先，利用信噪比、坡度等级等指标，进行GLAS数据的质量控制,降低波形数据质量问题对波形参数提取的影响；发展基于小波变换的GLAS波形分解与波形拟合方法，开展波形参数提取，开展建模参数计算与森林冠顶高度建模优化研究。其次，针对点、面数据（样方数据、GLAS光斑数据、角度指数），采用分步建模、参数传递的策略，利用随机森林（Random Forest）、CUBIST 等算法实现融合GLAS森林高度与角度指数的森林生物量区域外推。进而实现融合点、面数据的森林生物量区域外推。

为了实现区域生物量的高精度提取，本课题联合地面调查数据、大光斑激光雷达数据及光学遥感数据，融合角度指数因子等与森林生物量高度相关的有用信息，开展区域尺度森林冠层高度和生物量估算研究。内容包括：1）基于小波变换的GLAS森林冠顶高度提取算法；2）融合角度指数与GLAS波形数据的森林生物量区域外推。..取得成果如下：1）改进了基于小波分析的高精度森林冠层高度提取算法，建立了较为完整的森林冠层高度提取与空间外推方法体系和研究框架；2016年在国际上首次发表全球500m森林冠层高度图；2）针对复杂地形下的波形长度提取和冠高提取，提出一种考虑坡度坡向的地形校正方法，有效改善了复杂地形下GLAS森林冠高估算的误差问题；3）实现了区域尺度森林生物量区域外推，完成了美国森林地上生物量估算；4）研究了1983-2008年印度净初级生产力变化趋势转折年份的空间分布特征，揭示NPP变化与降水空间分布之间的相互关系。..成果科学意义：（1）在国际上首次发表了全球500m平均森林冠层高度结果，文章发表在遥感领域排名第一的学术期刊《Remote Sensing of Environment》（2015年影响因子6.393），是第三个全球森林冠层高度估算结果。在区域森林冠层高度遥感估算领域，本研究具有里程碑式意义。（2）在前人研究基础上，针对区域森林冠层高度与生物量研究，在研究方法框架，空间分辨率及结果精度方面，均有较大提升或改进。研究框架系统完整，并提出多处方法改进。对于区域森林冠层高度与森林生物量估算，具有较高的科学意义和参考价值，可为同行提供方法借鉴和结果对比。