[发明专利]一种基于激光雷达的林窗太阳辐射监测方法

说明书

本发明公开了一种基于激光雷达的林窗太阳辐射监测方法，包括以下步骤：步骤1：基于激光雷达ALS点云数据识别林窗，以确定林窗边缘；步骤2：计算复杂地形条件下冠层上方接收到的局部入射角方向太阳辐射总量G_i；步骤3：基于G_i计算得出林窗内不同位置的太阳辐射强度Global_gap。该基于激光雷达的林窗太阳辐射监测方法易于实施，监测效率高。

技术领域

本发明涉及一种基于激光雷达的林窗太阳辐射监测方法。

背景技术

1947年林窗(canopy gap)概念由英国生态学家Watt首次提出，它主要指森林群落中主林层受人为干扰(择伐)或自然干扰(大风、雪、水灾、泥石流、虫害等灾害)在林冠层形成的不连续的林中空隙。林窗是森林群落中经常发生的重要中小尺度干扰,是森林演替的一个重要阶段，它不仅是森林群落演替的驱动要素,也在森林结构、物种组成、动态和演替中起着重要作用，已成为当前森林生态学研究最活跃的领域之一。

林地环境中，太阳辐射分为直射和散射辐射，直接光是太阳直射到冠层上方的光，散射光是光束在大气层中以不同方向散射到冠层上的光。太阳辐射是林窗最重要的生态环境因子之一，光照直接影响着动植物的生理生态过程，同时，光照也会对林窗地表温度、空气湿度、土壤水分等产生影响，从而导致林窗环境异质性。环境异质性决定了林窗更新，在森林动态及演替过程中起着重要作用。所以，林窗太阳辐射的测量是生态学家十分关注的问题，由于受到林窗大小、林窗形状、林冠高度以及林地坡度、坡向的影响，林窗光照表现出复杂的空间异质性，加之太阳位置时刻变化，使得太阳辐射的测量变得十分困难。

传统林窗太阳辐射的监测分为直接监测法和间接相片法。直接监测法(如照度计)只能监测有限点的光照信息，费时费力，人力成本高。间接相片法(如鱼眼镜头影像)虽然较为简单快速，但在监测林窗光环境异质性时，仍然需要在林窗不同位置拍摄多个的半球面影像。上述两类方法在不同程度上存在工作量大、过程冗繁、破坏性强、耗时耗力等问题。

机载激光雷达(Airborne Laser Scanning，ALS)是一种新兴的主动式遥感技术，能在多时空尺度上获取森林生态系统高精度的植被结构信息、三维地形特征。ALS对林窗的高精度监测在认识森林干扰状况、更新规律以及反演生态环境参数等方面具有巨大潜力。国内研究多集中在利用ALS进行森林生物量监测，而对林窗太阳辐射的测量极少涉及。因此，找到一种快速、客观、准确测量林窗光环境的方法对林窗研究非常重要，有助于解释林窗物种组成、生物多样性与光照强度空间异质性的关系，有助于揭示控制林窗中植被演替和物种更新过程的机制，对认识开发我国森林事业具有重要的作用。

因此，有必要设计一种基于激光雷达的林窗太阳辐射监测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于激光雷达的林窗太阳辐射监测方法，该方法是基于机载激光雷达的快速、客观、准确的监测林窗光照强度的方法，能弥补现有技术中林窗太阳辐射监测方法的技术空白。

发明的技术解决方案如下：

一种基于激光雷达的林窗太阳辐射监测方法，包括以下步骤：

步骤1：基于激光雷达ALS点云数据识别林窗，以确定林窗边缘；

步骤2：计算复杂地形条件下冠层上方接收到的局部入射角方向太阳辐射总量G_i；

步骤3：基于G_i计算得出林窗内不同位置的太阳辐射强度Global_gap。

步骤1中，识别林窗的模型如下：