欢迎访问林草资源研究
科学研究

结合Landsat 8与PALSAR-2影像的龙南县针叶林蓄积量遥感估测研究

  • 罗凯健 ,
  • 许晓东 ,
  • 龙江平 ,
  • 徐聪荣 ,
  • 林辉 ,
  • 和晓风
展开
  • 1.中南林业科技大学 林学院 林业遥感信息工程研究中心,长沙 410004
    2.林业遥感大数据与生态安全湖南省重点实验室,长沙 410004
    3.江西省林业调查规划研究院,南昌 330000
    4.长沙市长长林业技术咨询有限责任公司,长沙 410004
罗凯健(1996-),男,广东韶关人,在读硕士,研究方向:林学。Email: 799319835@qq.com

收稿日期: 2020-11-16

  修回日期: 2020-12-18

  网络出版日期: 2021-03-30

基金资助

国家自然科学基金重点项目(41531068);“十三五”国家重点研发计划项目“人工林资源监测关键技术研究”(2017YFD0600900)

Research on Estimation of Coniferous Forest Volume in Longnan County Based on Landsat 8 and PALSAR-2 Images

  • Kaijian LUO ,
  • Xiaodong XV ,
  • Jiangping LONG ,
  • Congrong XV ,
  • Hui LIN ,
  • Xiaofeng HE
Expand
  • 1. Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004,China
    2. Jiangxi Province Forestry Survey Planning Institute,Nanchang 330000,China
    3. Key Laboratory of Forestry Remote Sensing Based Big Data & Ecological Security for Jiangxi Province,Nanchang 330000,China
    4. Changchang Foresty Technology Consulting Co.,Ltd.,Changsha 410004,China

Received date: 2020-11-16

  Revised date: 2020-12-18

  Online published: 2021-03-30

摘要

林分蓄积量估测是林业遥感的重要研究领域,由于云雾天气和光谱饱和现象等因素限制了光学遥感影像估测林分蓄积量的精度。合成孔径雷达(SAR)具有穿透性强、受云雾影响小等特点,弥补了光学遥感的不足。以江西省龙南县的针叶林为研究对象,结合Landsat 8与PALSAR-2双极化SAR影像数据,在遥感数据预处理基础上,提取了光谱信息、植被指数、纹理信息和后向散射系数等共245个遥感因子。基于Pearson相关系数法和多元逐步回归法,筛选出65个遥感因子参与林分蓄积量估测。以林分郁闭度作为分层因子,分别采用线性、KNN、支持向量机(SVM)、多重感知机(MLP)和随机森林(RF)5种模型估测林分蓄积量,并对估测结果进行精度检验。实验结果表明:1)相比单独使用Landsat 8的光谱和纹理信息,基于郁闭度分级并融合PALSAR-2的后向散射信息明显提高了蓄积量的反演精度;2)对于低郁闭度林分,线性模型精度最高(rRMSE=21.16%),中郁闭度林分,多重感知机模型估测效果最好(rRMSE=30.61%),高郁闭度林分,多重感知机模型估测效果最好(rRMSE=27.53%)。在结合PALSAR-2的后向散射系数的基础上,郁闭度分层能有效改善中高蓄积量区域的反演精度。

本文引用格式

罗凯健 , 许晓东 , 龙江平 , 徐聪荣 , 林辉 , 和晓风 . 结合Landsat 8与PALSAR-2影像的龙南县针叶林蓄积量遥感估测研究[J]. 林草资源研究, 2021 , 0(1) : 69 -76 . DOI: 10.13466/j.cnki.lyzygl.2021.01.010

Abstract

Forest stand volume estimation is an important research field of forestry remote sensing.Factors such as cloud and fog weather and spectral saturation have restricted the accuracy of optical remote sensing image estimation.Synthetic Aperture Radar(SAR) images have the characteristics of strong penetrability and are less likely to be affected by cloud and fog,which make up for the deficiencies of optical remote sensing.This study uses the coniferous forest in Longnan county,Jiangxi Province as the study area,combines Landsat 8 and PALSAR-2 dual-polarization SAR image data to extract a total of 245 remote sensing factors such as spectral information,vegetation index,texture information and backscattering coefficient based on remote sensing data preprocessing.Based on the Pearson correlation coefficient method and the multiple stepwise regression method,65 remote sensing factors are selected for the estimation of stand stock.Taking forest stand canopy closure as a stratification factor,the study adopts five models of linear,KNN,support vector machine(SVM),multi-perceptron(MLP) and random forest(RF) to estimate the forest stand volume,and tests the accuracy of the estimated results.The experimental results show that:1) Compared with using the spectrum and texture information of Landsat8 alone,the backscatter information of PALSAR-2 based on the canopy closure classification and fusion significantly improves the inversion accuracy of accumulation 2) In low canopy closure forest stand,the linear model has the highest accuracy(rRMSE=21.16%),in medium canopy closed forest stand,the MLP model has the best estimation effect(rRMSE=30.61%),in high canopy closure forest stand,the MLP model has the best estimation effect(rRMSE=27.53%).Based on the backscattering coefficient of PALSAR-2,the canopy closure stratification can effectively improve the inversion accuracy of the medium and high accumulation areas.

参考文献

[1] 胡卫东. “3S”技术在森林资源二类调查中的应用[D]. 湖南:中南林业科技大学, 2018.
[2] 贾嘉辉. 高分遥感森林蓄积量估测算法研究[D]. 西安:西安科技大学, 2017.
[3] 张安定, 吴孟泉, 王大鹏, 等. 遥感技术基础与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2013.
[4] Van Den Eeckhaut M, Kerle N, Poesen J, et al. Object-oriented identification of forested landslides with derivatives of single pulse LiDAR data[J]. Geomorphology, 2012,173:30-42.
[5] Curran P J, Dungan J L, Gholz H L. Seasonal LAI in slash pine estimated with Landsat TM[J]. Remote Sensing of Environment, 1992,39(1):3-13.
[6] 刘兆华, 林辉, 龙江平, 等. 基于高分二号的旺业甸林场蓄积量估测模型研究[J]. 中南林业科技大学学报, 2020,40(3):79-84.
[7] Delbart N, Melon P, Florsch G, et al. Forest biomass retrieval using L-band polarimetric measurements [C]//IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium.IEEE, 2002,3:1789-1791.
[8] Askne J, Santoro M. Multitemporal repeat pass SAR interferometry of boreal forests[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2005,43(6):1219-1228.
[9] 李静. 基于光学和SAR遥感的福建省森林生物量估算[D]. 福建:福州大学, 2017.
[10] Zhang Haibo, Zhu Jianjun, Wang Changcheng, et al. Forest growing stock volume estimation in subtropical mountain areas using PALSAR-2 L-Band PolSAR data[J]. Forests, 2019,10(3):276.
[11] 李佳. 基于GF-2影像杉木材积反演研究[D]. 湖南:中南林业科技大学, 2019.
[12] 王月婷, 张晓丽, 杨慧乔, 等. 基于Landsat 8卫星光谱与纹理信息的森林蓄积量估算[J]. 浙江农林大学学报, 2015,32(3):384-391.
[13] 刘俊. 基于ALOS遥感影像纹理信息的怀柔区针、阔叶林蓄积量反演模型研究[D]. 北京:北京林业大学, 2014.
[14] 孙雪莲. 基于Landsat8-OLI的香格里拉高山松林生物量遥感估测模型研究[D]. 昆明:西南林业大学, 2016.
[15] Li Xinyu, Liu Zhaohua, Lin Hui, et al. Estimating the growing stem volume of Chinese Pine and Larch Plantations based on fused optical data using an improved variable screening method and stacking algorithm[J]. Remote Sensing, 2020,12(5):871.
[16] 徐婷, 曹林, 佘光辉. 基于Landsat 8 OLI的特征变量优化提取及森林生物量反演[J]. 遥感技术与应用, 2015,30(2):226-234.
[17] 姚明臣. 机器学习和神经网络学习中的若干问题研究[D]. 大连:大连理工大学, 2016.
[18] 琚存勇, 蔡体久. 用泛化改进的 BP 神经网络估测森林蓄积量[J].林业科学,2006(12).
[19] 李德仁, 王长委, 胡月明, 等. 遥感技术估算森林生物量的研究进展[J]. 武汉大学学报:信息科学版, 2012,37(6):631-635.
[20] 刘伯涛, 李崇贵, 郭瑞霞, 等. 运用GF-1影像光谱和纹理信息构建森林蓄积量估测模型[J]. 东北林业大学学报, 2020,48(1):9-12.
[21] 徐新良, 曹明奎. 森林生物量遥感估算与应用分析[J]. 地球信息科学学报, 2012,8(4):122-128.
[22] 宋亚斌, 邢元军, 江腾宇, 等. 基于距离相关系数和KNN回归模型的森林蓄积量估测研究[J]. 中南林业科技大学学报, 2020,40(4):22-27.
[23] 杜培军, 谭琨, 夏俊士. 高光谱遥感影像分类与支持向量机应用研究[M]. 北京: 科学出版社.
[24] 蒋馥根, 孙华, 林辉, 等. 旺业甸林场人工林生物量遥感反演研究[J]. 中南林业科技大学学报, 2019,39(10):88-94.
文章导航

/