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基于新一代星载LiDAR数据的中国30m分辨率森林高度反演研究

批准号:
42071405
项目类别:
面上项目
资助金额:
56.0 万元
负责人:
王成
学科分类:
遥感科学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王成

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
高分辨率森林高度产品对陆地生态系统碳循环研究具有重要意义。相比第一代星载激光雷达ICESat-1/GLAS,新一代星载激光雷达ICESat-2/ATLAS和GEDI的激光点密度大幅提高,为大区域高分辨率森林高度制图提供了可靠的数据源。本项目拟开展波形分解、光子去噪等星载LiDAR数据处理方法研究;建立兼顾激光特性与地形因子影响的光斑尺度森林高度几何物理改正模型,结合星载光子LiDAR数据特点提取特征参数并构建光斑尺度森林高度反演模型;分析和评价两种不同模态星载LiDAR反演的森林高度精度一致性和可靠性;充分挖掘长时间序列光学遥感影像的森林垂直结构信息,利用主被动遥感协同构建不同生态地理分区和森林类型对应的森林高度外推模型,实现中国30m分辨率森林高度制图。本研究将为星载LiDAR大区域森林高度制图提供理论和方法支撑,同时为我国森林碳汇估算、应对全球气候变化与生态环境治理提供科学数据支持。
英文摘要
Mapping forest height with high spatial resolution is of great significance for better understanding terrestrial ecosystem carbon cycle. Compared with ICESat/GLAS, the new space-borne LiDAR systems (ICESat-2/ATLAS and GEDI) have denser data sampling, providing a reliable data source for mapping forest height with high spatial resolution at large scale. This project aims to explore the possibility of ICESat-2/ATLAS and GEDI data in estimating forest height with 30m spatial resolution over China. Firstly, we will conduct the research on the processing methods of space-borne LiDAR data, including waveform decomposition and noise photon removal. Secondly, a physical correction model will be developed to take into account the influence of laser sensor characteristics and surface topography on the retrieval of footprint-scale forest height; Besides, some feature parameters will be designed to establish the footprint-scale forest height models from the photon-counting ICESat-2/ATLAS data. Thirdly, we will conduct the research about the consistency analysis between the footprint-scale forest heights from the two space-borne LiDAR datasets, ensuring the consistency and reliability of LiDAR-estimated forest height accuracy. Finally, the time-series optical images will be used to obtain the information of canopy vertical structure, then active and passive remote sensing data will be combined to construct forest height extrapolation models corresponding to different ecological geographic divisions and forest types for mapping forest height with 30m spatial resolution over China. The study will provide theoretical basis and methodological support for forest height mapping over large areas, and also provide scientific data for estimating forest carbon sink in China, coping with global climate change and ecological environment.
森林作为陆地生态系统的主体,在减缓全球气候变化、实现碳中和目标等方面发挥着不可替代的作用。精确测定大区域森林高度有助于减少森林碳汇估算的不确定性,对于陆地碳循环和全球变化研究具有重要意义。激光雷达作为一种主动遥感技术,能够快速精确地获取森林垂直结构信息,在森林高度反演方面具有独特优势。星载LiDAR因其广阔的覆盖范围,已被广泛应用于全球或大区域森林高度反演与制图,尤其是新一代星载激光雷达ICESat-2/ATLAS和GEDI,具有更小的光斑直径和更高的采样密度,为大区域高分辨率森林高度制图提供了新的可能性。.本项目围绕星载光子计数LiDAR数据处理和森林高度反演,主要开展了以下研究工作:.1)星载LiDAR数据处理方法的研究;.2)光斑尺度的森林高度反演模型研究;.3)两种不同模态星载LiDAR森林高度反演精度一致性研究;.4)主被动遥感协同的中国区域高分辨率森林高度制图。.研究取得了以下重要成果:.1)提出了基于改进OPTICS的光子点云去噪算法,该算法在去噪效率和精度上优于现有算法;.2)提出了多层级渐进的光子点云分类算法,提高了复杂地形和植被密集区域地面点提取精度,减少了光子噪声点的影响;.3)构建了基于GEDI和ICESat-2/ATLAS数据的光斑尺度森林高度反演模型;.4)开展了星载光子计数LiDAR地面高程提取、森林高度反演与精度验证;.5)建立了两种不同模态星载LiDAR森林高度一致性模型;.6)开展了星载激光雷达GEDI和ICESat-2提取的森林高度一致性分析;.7)实现了中国区域30米分辨率的森林高度制图及精度验证;.8)开发了激光雷达数据处理与应用软件。.在研究过程中,项目组获取并反演了多项关键数据,包括机载LiDAR点云数据、中国区域ICESat-2/ATLAS和GEDI数据集、去噪后的光子计数LiDAR数据、分类后的光子计数LiDAR数据、基于光子计数LiDAR数据的森林结构参数数据集、基于机载LiDAR数据的森林结构参数数据集、野外实测森林参数数据集及中国区域30米分辨率的森林高度产品。.本项目的成果,包括光子点云去噪算法、光子点云分类算法、以及主被动遥感协同的森林高度外推模型等,为星载LiDAR在大区域森林高度制图中的应用提供了理论和方法支撑,同时为我国森林碳汇估算、应对全球气候变化与生态环境治理提供了科学数据。
激光雷达测深机理与浅海水深制图研究
基于光子计数激光雷达数据的森林生物量反演研究
基于机载激光雷达和高光谱影像的森林LAI自动提取研究
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