乐博体育-空天院首创超高分辨率光学森林三维遥感新方法

发布时间:2023-11-17  浏览:569 次

近日，中国科学院空天消息立异研究院遥感科学国度重点尝试室研究员倪文俭率领的丛林遥感团队，在操纵超高分辩率光学遥感立体不雅测数据提取丛林三维布局研究方面获得主要进展。现有研究认为，光学多角度立体不雅测数据在林区不具有穿透能力，故在缺少林下地形数据时，没法自力进行丛林垂直布局参数的间接丈量，特殊是在稠密山地林区。本研究发觉：分辩率优在0.2 米的光学立体不雅测数据可以或许对单株树木的冠顶布局进行邃密描绘；受树木异速发展方程开导，建立了“发展关系束缚的林下地形迫近算法”（AGAR），打破了保守的认知局限，实现了仅操纵光学立体不雅测数据对丛林垂直布局的间接丈量。相干研究功效颁发在Remote Sensing of Environment期刊上。

图1 发展关系束缚的林下地形迫近算法（AGAR）的焦点思绪

丛林作为主要的陆地生态系统碳库之一，正确估算其碳储量是遥感研究的首要标的目的，可办事在我国的“双碳”计谋和地球系统碳轮回进程研究。曩昔，国表里展开了基在遥感影象光谱或微波散射强度等“二维”特点的丛林碳储量估算道理与方式研究，而“地形影响”“遥感旌旗灯号饱和”还是难以超越的两年夜科学困难。是以，国际学界逐步转向以卫星测距手艺为根本的“三维”遥感，包罗以激光测距为根本的激光雷达遥感、以微波测距为根本的合成孔径雷达干与和以视觉测距为根本的光学多角度立体不雅测。美国科学家努力在成长具有冠层穿透能力的星载激光雷达，包罗初期搭载在航天飞机上的激光高度计SLA01和SLA02、2003年至2009年运转的ICESat/GLAS卫星、2018年发射的ICESat-2卫星和2019年放置在国际空间站上的GEDI。欧洲科研人员则积极成长穿透能力较强的L波段Tandem-L和P波段BIOMASS合成孔径雷达干与卫星，并打算2024年发射。相较在激光雷达和合成孔径雷达干与，光学多角度立体遥感具有图象直不雅抽象的显著劣势但受穿透能力的限制，今朝首要用在地表高程的丈量，且需要依托其他数据源供给的林下地形才能对丛林垂直布局进行丈量，利用价值和场景受限。

最近几年来，中国在光学多角度立体遥感方面快速成长，前后发射了资本三号、高分七号、天绘系列和其他贸易遥感卫星，同时影象空间分辩率慢慢提高。可否操纵不竭提高的空间分辩率来冲破其穿透能力衰的限制，进而最年夜水平地阐扬超高分辩率光学多角度立体遥感数据的利用价值，既是国际前沿科学问题又是中国遥感科研人员亟需回覆的问题。

丛林遥感团队意想到超高分辩率光学多角度立体不雅测遥感数据的怪异价值，自2014年对无人机立体不雅测数据在丛林布局参数丈量中的利用进行了延续研究，并在2018年展开了年夜兴安岭林区年夜规模无人机采样不雅测尝试，揭露了不雅测角度与影象分辩率的耦合纪律，证明了丛林高度消息对叶面积指数估算的弥补感化，研发了针对落叶林区丛林高度提取的有叶季和无叶季影象协同处理方案，冲破了光谱与三维几何特点协同的披发枯立木辨认手艺、单木辨认与朋分手艺、以布景辨认为根本的高精度丛林笼盖度提取手艺。在上述数据与手艺堆集的根本上，该团队建立了“发展关系束缚的林下地形迫近算法”（AGAR），实现了复杂地形前提下丛林高度的间接提取。该功效证明了无需额外林下地形数据的撑持，AGAR算法仅操纵超高分辩率光学多角度立体不雅测数据便可实现丛林高度提取。

图2 典型地形前提下丛林高度提取的结果。（a）-（c）为光学多角度立体不雅测数据获得的数字概况模子（DSM）；（d）-（f）为光学多角度立体不雅测数据经由过程林窗插值提取的丛林高度，因为稠密林区林窗较少，致使树高被严峻低估或地形特点去除不完全；（g）-（i）为操纵AGAR提取的丛林高度。（a）区域笼盖山脊，（b）区域笼盖山谷；（c）区域笼盖从山脚到山顶的斜坡。

虽然AGAR算法利用无人机获得的立体不雅测影象展开研究，且算法的具体手艺细节需要进一步测试完美，但跟着0.1米卫星光学遥感数据时期的到来，该方式将开启超高分辩光学立体遥感影象丛林三维遥感新时期。

审核编纂：刘清

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