[发明专利]一种森林地上生物量的测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种快速获得森林地上生物量的系统及方法，本发明利用高分辨率的无人机系统获得精确地森林树冠影像，通过分析森林树冠影像获得林木的树冠面积，实地测量林木的胸径，建立胸径‑树冠面积回归方程和地上生物量‑树冠面积回归方程，通过胸径‑树冠面积回归方程获得待预测森林中林木的胸径，通过地上生物量‑树冠面积回归方程获得待预测森林中林木的地上生物量，进而获得待预测森林的整体地上生物量。本发明提供的方法快速有效，结果精确，并且成本较低，有利于推广无人机技术在林业调查上的广泛使用。

技术领域

本发明涉及植被生态学研究领域，尤其涉及一种森林地上生物量的测量系统及测量方法。

背景技术

生物量是指一个有机体或群落在一定时间内积累的有机质总量。

森林生物量(forest biomass)包括林木的生物量(根、茎、叶、花果、种子和凋落物等的总重量)和林下植被层的生物量。通常以单位面积或单位时间积累的干物质量或能量来表示。

森林群落的生物量是森林生态系统生产力的最好的指标，是森林生态系统结构优劣和功能高低的最直接的表现，是森林生态系统环境质量的综合体现。森林通过吸收大气中的碳来增加生物量，而树干生物量通常占地上生物量的70％以上(Zeng et al.2012)，所以估算树干生物量对森林碳储量的计算至关重要。

在现有技术中，植物的地上生物量一般是通过样地调查或卫星遥感估算。

样地调查是通过破坏性地取样测得植物地上生物量，或者是测量一个或多个变量，如胸径和树高，然后将树伐倒，切割各部分，分别称其重量，通过建立相关生物量方程得出(Niklas KJ(1994)，Plant allometry.the scaling of form and process，Universityof Chicago Press.Chicago)。

在样地上测量林木参数，包括测量林木的胸径和树高，看起来可靠，但是对样地尺度进行调查工作量大，极耗时费力，操作过程损失造成的误差也很大，对大型树木十分困难，而且对森林群落造成的破坏很大。

即使获得精确的测定结果，由于群落空间异质性的关系，以一个样地测定的数据代表整个群落或小流域的生物量，也存在很大的不确定性。

随着遥感技术的出现和快速发展，多元化的遥感数据适应于各种尺度上森林生物量估算，但是通过遥感数据无法提取准确的树冠轮廓，因此卫星遥感在单木水平上的应用还存在困难。

为了提高森林地上生物量的监测和评估水平，有必要建立针对单木地上生物量的测量方法。

另外，激光雷达在森林调查上的应用日渐突出，主要表现在对森林单木特征的直接测量，如高度。但是，由于树冠一般呈圆形而没有比较明显的顶端，让激光雷达难以识别。相比遥感，激光雷达设备及其数据的预处理费用远远超过研究者的预算范围，限制了激光雷达在森林调查中的广泛应用。因此，在森林调查中迫切需要低成本的，能够准确获取森林基本信息的方法。

传统的生物量调查方法需要进行详细的样地调查，耗费大量的人力物力，并且有些地区由于地形险恶、交通不便等原因人力所不及，无法完成调查。如何进一步提高大尺度生物量的估算精度，是当前生态学研究的热点和难点之一。

由于上述原因，本发明人对现有的获得森林地上生物量的方法进行了深入研究，以便设计出一种快速精确，操作性强，成本较低的森林地上生物量测量系统和测量方法，该测量系统和测量方法不仅能评估森林整体的地上生物量，还能评估单木的地上生物量和胸径，有助于森林调查和管理。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种森林地上生物量的测量系统和测量方法，该方法操作简单，成本较低，结果精确。

具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：