基于机载激光雷达校正的ICESatGLAS数据森林冠层高度估测

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1、第33卷第16期农业工程学报Vol.33No.16882017年8月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringAug.2017·农业航空工程·基于机载激光雷达校正的ICESat/GLAS数据森林冠层高度估测1,22※234胡凯龙，刘清旺，庞勇，李梅，穆喜云（1.中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京100083；2.中国林业科学研究院资源信息研究所，北京100091；3.中国林业科学研究院荒漠化研究所，北京100091；4.赤峰市林业科学研究院森林生态所，赤峰024000）摘要：针对星载激光雷达（geos

2、ciencelaseraltimetersystem，GLAS）大光斑属性，该文提出了一种改进后的光斑尺度森林冠层高度估测方法，并分析了复杂地表对其估测精度的影响。首先，对机载lidar点云分类出地面点，并利用地面点对点云数据进行高度归一化处理，提取点云局部最大值得到光斑范围内机载lidar最大冠层高度；以机载lidar最大冠层高度作为模型参数拟合因变量，同时以坡度作为模型的输入变量，结合光斑大小和地表粗糙度，进行参数拟合，得到改进后光斑尺度森林冠层高度估测模型；最后，利用实测样地数据对冠层高度估测模型进行验证。结果表明：机载点云数据可以准确地反映光斑范围内森林冠层的分布，受到树种类

3、型和点云密度的影响，不同森林类型的点云冠层分布存在明显差异。坡度等级直接影响GLAS光斑尺度森林冠层高度的估测精度，改进后的估测模型可以减小坡度对GLAS光斑森林冠层高度估测的影响，模型估测均方根误差（rootmeansquareerror，RMSE）稳定在3.26～3.88m。样地Lorey’s高与估测结果拟合度较好，相关系数r=0.66，不同森林类型光斑尺度冠层高度估测精度存在差异，混交林估测精度最高，r和RMSE分别为0.84和1.06m。该方法可以有效减少地形条件对光斑尺度森林冠层高度估测的影响，并为更大尺度的冠层高度制图提供了有效的参考。关键词：激光；数据处理；林地；冠层高

4、度；星载激光雷达；点云分类；估测模型；坡度doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.16.012中图分类号：P237文献标志码：A文章编号：1002-6819(2017)-16-0088-08胡凯龙，刘清旺，庞勇，李梅，穆喜云.基于机载激光雷达校正的ICESat/GLAS数据森林冠层高度估测[J].农业工程学报，2017，33(16)：88－95.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.16.012http://www.tcsae.orgHuKailong,LiuQingwang,PangYong,LiMei,MuXiyun.

5、ForestcanopyheightestimationbasedonICESat/GLASdatabyairbornelidarcorrection[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2017,33(16):88－95.(inChinesewithEnglishabstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.16.012http://www.tcsae.org2高密度激光点云（0.5～10points/m）属性

6、使得其可以精0引言[7-9][10]细描述林下地形以及冠层剖面结构。Hyyppä等总结陆地生态系统中将近一半的碳储量来自于森林覆盖了机载小光斑激光雷达提取森林结构参数的方法，并且[1]区域。森林分布及碳储量的研究为理解全球碳循环以及分析了飞行高度、脉冲密度以及光斑大小对森林冠层高全球气候变化提供了重要的理论支撑。森林的垂直结构度提取精度的影响。但是，受飞行成本及气候因素限制，在一定程度上反映了森林的生长状态和森林的生物多样其很难覆盖更大区域和实现数据的定时重访更新。[2]性。森林冠层高度作为森林垂直结构参数的重要组成部星载激光雷达（geosciencelaseraltimetersy

7、stem，[3]分，对其定量化估测具有重要的理论和现实意义。受限GLAS）激光传感器被安置在ICESat卫星上，采用全波于人工测量的精准度，对于高郁闭度森林覆盖区域，传形采样系统对陆地表面进行光斑采样，从而实现全球覆统的激光测高仪很难定位到树的冠顶，从而使得测量结盖。其光斑直径约为60m，并且光斑尺寸会随着激光器[11-12]果普遍精度较低。和观测时期的变化而变化。在地形变化较大区域，其激光雷达（lightdetectionandranging，lidar