机载激光雷达森林参数估测方法的研究

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1、分类号S771.5密级公开UDC学位论文机载激光雷达森林参数估测方法研究StudyontheEstimationMethodofForestParametersUsingAirborneLIDAR刘清旺指导教师姓名李增元研究员申请学位级别博士专业名称森林经理学研究方向遥感应用研究论文提交日期2009年6月论文答辩日期2009年7月学位授予日期2009年7月答辩委员会主席评阅人北京·中国林业科学研究院万方数据学位论文机载激光雷达森林参数估测方法研究学位论文作者刘清旺指导教师姓名李增元研究员申请学位

2、级别博士专业名称森林经理学研究方向遥感应用研究论文答辩日期2009年7月中国·北京万方数据DissertationfortheDegreeStudyontheEstimationMethodofForestParametersUsingAirborneLIDARCandidate:LIUQingwangSupervisor:Prof.LIZengyuanAcademicDegreeAppliedfor:Ph.DSpeciality:ForestryManagementDateofDefence:

3、Degree-Conferring-Institution:ChineseAcademyofForestry万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得本研究生培养单位或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学

4、位论文作者完全了解中国林业科学研究院有关保留、使用学位论文的规定，中国林业科学研究院有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权中国林业科学研究院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名：年月日年月日学位论文作者毕业联系方式工作单位：中国林业科学研究院资源信息研究所联系电话：010-62889804电子邮件：liuqw@caf

5、.ac.cn通讯地址、邮编：北京市海淀区颐和园后中国林科院资源信息研究所100091万方数据摘要森林是一个多资源、多功能的综合体，掌握其生长和消亡的发展规律具有重要意义。传统的森林资源地面调查方法可以获取详细的调查数据，但是周期比较长。遥感技术的出现和迅速发展，为快速、准确地获取大范围森林资源调查数据提供了一种有潜力的技术手段。激光雷达（Lightingdetectionandranging,LIDAR）是一种主动遥感技术，能够精确地获取地表物体的三维特征信息。本文以揭示LIDAR探测森林冠层三

6、维结构的机理，寻求森林参数的有效估测方法为目的，开展了以下几个方面的研究工作：（1）根据地物的后向散射特征，建立了立体散射体模型。通过对激光脉冲与森林冠层之间的相互作用关系的分析，发现已有的LIDAR方程在解释展宽的返回波形时存在局限性，因而，在此基础上建立了立体散射体模型，并将散射体划分为三种类型，即简单散射体、立体散射体和复杂散射体。简单散射体的LIDAR方程不变，立体散射体的LIDAR方程中引入了扩展卷积函数，即对已有卷积函数进行了扩展，以便解释激光脉冲在立体散射体中的后向散射特征，复杂散

7、射体的LIDAR方程表示成另两种散射体方程的简单叠加。（2）依据不同散射体的波形特征，提出了波形特征分析方法。通过对不同散射体激光脉冲入射波形和返回波形的分析，发现激光脉冲返回能量的分布表现为不同特征；反过来，根据这些特征可以判断对应散射体的类型，提取相关的波形特征量。对于简单散射体，可以由波形特征量计算得到LIDAR到散射体之间的距离；对于立体散射体，可以得到LIDAR到散射体不同深度处的距离、散射体的深度；对于复杂散射体，可以得到LIDAR到散射体不同深度处的距离（包括到各子散射体的距离）、

8、散射体的深度（包括子立体散射体的深度）。（3）参照不同散射体的后向散射截面，讨论了相对后向散射截面分析方法。根据不同散射体的LIDAR方程，可以得到不同散射体的后向散射截面，由于后向散射截面解算时很难获取全部的参数，因此，选择一类散射体作为参照散射体，定义了一种便于解算的相对后向散射截面。考虑到激光脉冲照射区有一定的范围，将单位照射面积上的相对后向散射截面定义为相对后向散射率，同时还定义了立体散射体和复杂散射体的等效相对后向散射截面和等效相对后向散射率。I万方数据（4）基于不同散射体的波形特征量