基于激光雷达点云数据的森林叶面积指数多角度建模及反演研究

The more dimensional information of remote sensing is need to accurately inverse the forest structural parameters,LIDAR cooperates with multi-angle remote sensing can improve inversion precision of leaf area index.This project build the real forest pixel scene from LIDAR point clouds data, and simplify the point clouds data with the two-dimension projection and grid method,then calculate the four components ratio,bidirectional transmittance function,gap fraction and other key parameters,that decide the Bidirectional Reflectance Distribution Function of forest canopy.This method avoid the approximate analytical expression to calculate the key parameters,under assuming the canopy structure and component meet some statistical law.The multi-angle model MGeoSAIL was improved and introduced the key parameters to forward model BRDF,and then Leaf Area Index was inversed using remote sensing data CHRIS.The study can not only deepen the understanding of the mechanism of forest remote sensing,but also provide useful help for the rational utilization of laser radar and multi-angle remote sensing data.

森林空间结构参数的准确反演需要更多维度的遥感信息，激光雷达(LIDAR)与多角度遥感相互协作可以提高森林叶面积指数反演精度。本项目从LIDAR点云数据构建真实森林象元场景出发，采用二维投影与栅格化方法简化点云数据，计算决定森林冠层象元双向反射分布函数(BRDF)的四分量比例、双向透射率函数和孔隙度等关键参数，避免在假设冠层结构和组分满足某种统计规律的条件下，给出上述关键参数近似解析表达式。并且修改多角度MGeoSAIL模型引入关键参数正演森林象元冠层BRDF，利用多角度CHRIS遥感数据反演LAI。基于上述研究，不仅可以加深对森林遥感机理的理解，而且为合理利用激光雷达与多角度遥感数据提供有益帮助。

目前，国内外对激光雷达数据提取森林参数的精度予以肯定，但是由于激光雷达传感器发展过程的局限，在今后一段时间内，Lidar系统的一个主要局限是缺乏成像能力，而由于森林分布缺乏内禀稳定性，所以在进行大区域森林专题制图时，又不能简单地从离散点中利用地理空间插值方法创建连续覆盖图。森林三维结构参数的空间分布往往不是固定不变的，而且也不可能拥有固定的模式。因此，需要一种具有成像观测能力且反映了森林垂直结构信息的传感器，这类传感器主要有SAR和多角度多光谱等。考虑到SAR观测采用的斜视成像和处理技术的复杂度，所以本项目主要研究激光雷达与多角度联合反演森林结构参数方法。随着遥感物理模型的发展和激光雷达、多角度遥感数据的出现，为复杂环境下森林叶面积指数的反演提供了新的契机。基于遥感物理模型和激光雷达、多角度遥感数据信息的森林结构参数反演算法是有潜力和前途的方法。. 本项目以电磁波传输理论为基础，研究多角度物理模型模拟森林冠层反射率原理，结合激光雷达点云数据特点，构建近真实森林三维场景，进行不同环境下的森林场景冠层多角度反射率模拟，并利用多角度影像数据验证点云栅格化构建的森林场景精度，并建立查找表寻找适于森林结构参数反演的敏感角度与波段，组合得到新的多角度植被指数用于森林结构参数反演。最后，利用研究区CHRIS多角度遥感数据与样地实测数据验证基于多角度模型反演森林参数的有效性。本项目的研究不仅加深了对森林遥感机理的理解，也为合理利用我国森林资源以及进一步探讨森林动态变化与全球气候和环境变化之间的关系提供帮助。