基于机载多基线SAR的森林地上生物量三维精准估测
批准号:
42071414
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
李文梅
依托单位:
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:
李文梅
中文摘要
森林地上生物量(AGB)是评估森林生态系统功能的重要测度指标,开展全面准确的森林AGB估测研究,有助于深入了解森林在碳循环过程中的地位和作用。机载多基线SAR能够有效地探测森林垂直结构,进而建立森林AGB估测模型。但已有估测方法大多聚焦于水平方向(二维空间),无法同时实现水平和垂直方向的森林AGB估测(三维空间)。针对这一问题,本项目拟利用机载多基线SAR数据,1)研究基于深度压缩感知的森林垂直结构重建方法,实现水平与垂直方向散射功率的高分辨,降低计算复杂度;2)发展三维极化目标精细分解算法,实现森林垂直散射机制的精细分离;3)基于森林垂直结构剖面与精细的散射机制构建兼顾水平与垂直结构的森林AGB三维估测模型,确定散射体类型及其垂直分布范围,定量计算水平与垂直方向森林AGB,并将二者耦合实现森林AGB精准估测。成果有助于推动森林生态系统碳储量及碳循环精细研究,具有重要的科学意义与应用价值。
英文摘要
Forest aboveground biomass (AGB) is an important indicator to measure forest ecological function. The comprehensive and accurate estimation for forest AGB will contribute to a better understanding of the role of forests in the carbon cycle. Airborne multi-baseline Synthetic Aperture Radar (SAR) can detect the forest vertical structure information effectively, and then accurate forest estimation model is built. Therefore, airborne multi-baseline SAR has been applied in forest AGB estimation. However, most of the estimation approaches focus on forest AGB estimation in spatial direction (two-dimensional space), rarely can be applied in forest AGB estimation both in spatial and vertical direction (three-dimension space). To solve this problem, we intend to use airborne multi-baseline SAR to conduct the research. (1) We consider deep compressive sensing based reconstruction method for forest vertical structure to get higher resolution both in spatial and vertical direction, and to reduce computational complexity. (2) Three-dimensional polarimetric target decomposition algorithm is adopted to realize fine analysis and separation of forest vertical scattering mechanism. (3) We will construct a forest AGB estimation model considering both horizontal and vertical structures based on forest vertical structure profile and fine scattering mechanism, and it is applied to quantitatively evaluate the effect of forest vertical structure profile and corresponding scatterer type on AGB. The results will be helpful to promote the fine research of carbon storage and carbon cycle in forest ecosystem, and have important scientific significance and application value.
森林地上生物量(Aboveground Biomass,AGB)是森林生态系统功能与碳储能力的重要测度指标,其准确测量有助于深入了解森林生态系统功能及其在全球碳循环过程中发挥的作用。森林AGB与林木密度、森林高度和垂直结构特征密切相关,其估测精度直接与代表林木密度、森林高度和垂直结构特征的参数提取精度息息相关。机载重轨多基线合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)通过多角度重复观测同一目标,获得该目标垂直方向多次回波信息,能够有效地探测目标垂直结构。森林在水平空间与垂直结构分布具有异质性,属于复杂目标,获取其垂直结构信息有助于提高森林AGB估测精度,为森林生态功能与碳储能力测度提供更为精确的数据支撑。在此背景下,项目组采用国外/国内机载重轨多基线SAR数据研究兼顾垂直结构与水平信息的森林AGB估测模型,具体内容包括:.(1)将压缩感知与生成对抗网络联合重建森林垂直结构剖面,实现了水平与垂直方向散射功率的高分辨率重建。重建结果表明,将L21范数与深度学习方法结合可以在一定程度上减少传统压缩感知方法的计算量。.(2)基于森林垂直结构重建过程中生成的极化矩阵发展了三维空间极化目标精细分解方法,将森林垂直方向散射体类型进行了划分,进一步明确了森林垂直方向散射体类型分布规律。.(3)构建了兼顾散射类型与几何特征的森林AGB估测模型,分别以国内外机载重轨多基线SAR数据为例,构建了高精度的森林AGB估测模型。结果表明,该方法具有一定的可扩展性,在热带森林和北方森林AGB估测中均适用。.(4)依托项目研究,发表标注项目资助的SCI论文8篇、会议论文2篇,授权和申请发明专利各1项,培养硕士生6名。. 研究成果对提高森林AGB估测精度,拓展森林AGB估测模型的适用性具有重要意义。研究中涉及的数据驱动的深度学习与定量模型的结合也为森林参数定量研究提供了新的方法与思路,为后续多源遥感数据的联合应用提供了新的契机。
复杂地表TSAR反演北方/半北方森林垂直结构方法研究
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批准号:41401480
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2014
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负责人:李文梅
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依托单位:
国内基金
海外基金