联合雷达干涉、摄影测量与激光雷达数据的区域森林生物量制图研究

The accurate biomass map of regional/global forest is necessary for the study of global changes, especially for the research of carbon cycle. This study focuses on the model based accurate mapping of forest biomass through the data synergies of InSAR, photogrammetry and lidar data. The computer based model for bidirectional reflectance of forest will be modified to simulate the stereo imageries. The effects of image resolutions, observation geometry and seasons on the scattering pattern of points cloud derived from stereo imageries over forested area will be investigated. The digital surface model (DSM) will further be produced based on optimized processing of stereo imageries. The forest radar backscattering model will be modified to account for the terrain effects. The influence of terrain and temporal decorrelation on the InSAR phase will be investigated. The digital terrain model (DTM) will be generated by the processing of InSAR data with the support of high resolution DSM. Then the forest height will be estimated based on the difference between DSM and DTM with the help of lidar data. The accurate biomass mapping will be achieved by using the lookup table method and taking the forest height as additional constraint. The accomplishment of this proposal will improve the utilization of Chinese satellite data, and also will enhance the automatic monitoring of Chinese forest resources.

区域森林生物量图可为全球变化特别是碳循环等研究提供有力的科学验证数据。本研究将以发展植被摄影测量模型和相干山区森林雷达后向散射模型为基础，以探索多源遥感数据有效协同的新机制为主要方法,以高精度的区域森林生物量制图为目标，通过植被摄影测量模型的模拟,分析图像分辨率、观测几何和季节因素对森林区域摄影测量点云数据的影响规律，通过数据选择和处理方法的改进得到最优的森林冠层顶部高程数据；通过相干山区森林雷达后向散射模型的模拟，分析地形和时间去相干对雷达干涉相位的影响，进一步发展高分辨率地形数据支持下的雷达干涉数据处理方法，得到最优的散射相位中心高程数据；联合森林冠层顶部高程数据与散射相位中心高程数据，借助于激光雷达点采样数据，完成对森林高度的测量，进而实现以树高信息作为附加约束条件的基于查找表方法的区域森林生物量制图。本项目将有助于提高我国自有卫星数据的利用率，增强我国对森林资源的自动化监测能力。

高精度区域森林植被碳储量及其动态变化监测是地球系统碳循环过程和气候变化研究的重要基础，其关键难题是地形影响问题和遥感信号饱和点问题。对地形和森林空间结构的直接探测是破解这两大难题的关键突破口，在美国依靠激光雷达，而欧洲致力于发展雷达极化干涉的背景下，考虑到我国国情，在青年基金中创造性地提出了联合使用光学摄影测量、雷达干涉和激光雷达，利用它们不同的探测机理，通过遥感机理模型的研发和关键技术突破，实现对地形和森林空间结构直接测量的核心研究思路。本项目在青年基金取得的研究成果的基础上，继续向前推进，发展了植被光学多角度立体观测模型(LandStereo)，联合景观尺度相干森林雷达后向散射模型(LandSAR)和森林激光雷达波形模型，构建了景观尺度多波段一体化森林垂直结构遥感探测机理模型(LandRS)，具备了对星载摄影测量数据、雷达干涉数据和激光雷达数据的模拟能力，为核心研究思路的推进奠定了理论基础；提出了具备地形适应能力的可用于森林生物量估算的新型激光雷达波形指数，研发了无人机立体影像获取平台和基于无人机立体影像的森林调查技术，创造性地发展了无需惯导和定位系统的基于机载视频数据的多角度线阵推扫影像合成技术，为核心研究思路的推进实现了关键技术突破；分析了多时相摄影测量点云垂直分布特征，发展了林区C波段雷达数据多时相响应特征，确定了多角度多光谱遥感数据多角度光谱/几何一体化挖掘的研究方向，这些研究进一步明确并丰富了核心研究思路。本项目发展的LandStereo模型已用于我国陆地生态碳监测卫星角度配置论证，所揭示的落叶林区多时相摄影测量点云垂直分布特征以用于区域森林高度指数产品生产。如果能得到后续的资助，将继续沿着核心思路推进，致力于依托现有和即将发射的各类型遥感卫星，探索我国森林植被碳储量变化监测虚拟星座方案建设方案，形成具有我国特色的高精度区域森林植被碳储量及其动态变化监测能力。