森林砍伐地上生物量损失遥感监测方法研究

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1、硕士学位论文森林砍伐地上生物量损失遥感监测方法研究作者姓名:汪垚指导教师:倪文俭研究员张志玉助理研究员学位类别:工程硕士学科专业:测绘工程培养单位:中国科学院遥感与数字地球研究所2018年6月MonitoringLossofAbovegroundBiomassCausedbyLogginginForestAreasUsingRemoteSensingdatasetAthesissubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillment

2、oftherequirementforthedegreeofMasterofEngineeringinSurveyingEngineeringByWangYaoSupervisor:ProfessorNiWenjianInstituteofRemoteSensingandDigitalEarthChineseAcademyofSciencesJune2018中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外

3、，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用学位论文的规定，即中国科学院有权保留送交学位论文的副本，允许该论文被查阅，可以按照学术研究公开原则和保护知识产权的原则公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。涉密及延迟公开的学位论文在解密或延迟期后适用本声明。作者签名：导师签名：日期：

4、日期：摘要摘要森林生态系统碳循环在生物圈和大气圈之间的碳循环过程中发挥着非常重要的作用。森林容易受到风灾、火灾、病虫害、干旱和砍伐等自然和人为因素的扰动，有效监测森林扰动造成的生物量损失，是森林生态系统碳循环过程研究的重要组成部分。目前森林生物量动态变化的监测结果存在较大的不确定性。经典遥感监测方法主要利用光学植被指数(VegetationIndex,VI)或雷达后向散射系数，在对生物量水平较高的森林监测时，存在着信号饱和的问题。实现森林扰动造成的生物量损失的高精度监测必须依靠对森林空间结构变化的直接探测。本

5、文以亚马逊热带雨林为研究区，重点探索分析了如何综合使用C波段雷达干涉、光学多角度立体观测和激光雷达数据，实现森林砍伐造成的生物量损失的定量监测，具体研究成果如下：（1）利用小光斑激光雷达点云数据对已有地形坡度先验信息进行了评价。大光斑激光雷达（LightDetectionandRanging,LiDAR）数据以其对森林空间结构的直接探测能力，成功应用于地形较为平坦林区的森林地上生物量（AbovegroundBiomass，AGB）监测，其所面临的最大挑战是地形引起的波形展宽问题。波形展宽问题的解决需要依靠地形

6、坡度先验信息。目前常用的免费公开的全球地形数据包括利用C波段雷达干涉数据生成的SRTMDEM(ShuttleRadarTopographicMission)和利用星载摄影测量数据生成的ASTERGDEM(AdvancedSpaceborneThermalEmissionandReflectionRadiometer)。本研究首先利用小光斑激光雷达数据，通过不同滤波算法的组合，实现了高精度林下地形信息提取，然后以此为参考，对SRTMDEM和ASTERGDEM的坡度信息进行了对比和评价。结果表明SRTMDEM的坡

7、度信息优于ASTERGDEM。（2）发展了模型辅助的坡地森林冠层高度提取方法。目前针对大光斑激光雷达由地形引起的波形展宽问题已经开展了大量的研究，在坡度小于15°情况下，现有的方法可以通过纠正地形的影响提高森林冠层高度的反演精度。但是在坡度大于15°情况下，反演森林冠层高度仍具有很大的挑战。本研究基于已知的地形I森林砍伐地上生物量损失遥感监测方法研究坡度信息，利用激光雷达回波机理模型，发展了模型辅助的森林冠层高度估算方法。基于模拟数据的分析结果表明，该方法适用于地形坡度在0°-40°范围内的大光斑激光雷达数据

8、。（3）提出了基于地形自适应激光雷达波形高度指数的森林生物量估算方法。前一部分所发展的模型辅助的森林冠层高度方法，需要依靠激光雷达回波机理模型，算法的实用性受到了一定的限制。这一部分根据机理模型中裸露地表激光雷达回波的计算方法，推导了一个简单的基于已知地形信息的裸露地表激光雷达回波计算公式，并以该公式为基础，基于已知地形坡度信息，提出了具有地形坡度自适应能力的大光斑激光雷达波形高度指数计算方法；采用