[发明专利]一种基于异速生长关系联合激光雷达方程的生物量提取方法

说明书

一种基于异速生长关系联合激光雷达方程的生物量提取方法，它涉及一种生物量提取方法。本发明要解决现有遥感数据用于森林生物量反演，精度较低与适普性较弱的问题。方法：一、建立异速生长关系联合激光雷达方程的森林生物量反演模型；二、对地基激光雷达点云数据进行预处理，得到基于归一化处理后的单木激光雷达点云数据，利用计算几何中二维凸包算法提取不同高度处树冠横截面积，根据公式计算获得激光雷达生物量指数LBI；三、将激光雷达生物量指数LBI代入公式，确定系数a、b及c，得到激光雷达生物量指数构建的生物量反演模型并计算生物量。

技术领域

本发明涉及一种生物量提取方法。

背景技术

森林生物量的精确估算是评价森林碳循环贡献的基础，是森林生态功能评价的重要参数。但是森林自身结构复杂，垂直与水平方向同时存在空间异质性，同时传统人工测量方法具有一定的破坏性而且耗时费力。目前遥感数据用于森林生物量反演方法，多采用参数训练回归与机器学习等经验模型，模型受训练数据与环境影响较大，而且物理含义不明确，没有真正从机理上研究遥感信号与生物量显著影响因子的关系，进而影响森林生物量反演精度，同时也是限制生物量模型推广的主要原因。

发明内容

本发明要解决现有遥感数据用于森林生物量反演，精度较低与适用性不强的问题，而提供一种基于异速生长关系联合激光雷达方程的生物量提取方法。

一种基于异速生长关系联合激光雷达方程的生物量提取方法，它是按以下步骤进行的：

一、建立异速生长关系联合激光雷达方程的森林生物量反演模型：

Biomass为森林生物量；H_T为树高，单位为m；H_c为树冠高度，单位为m；ρ为木质的密度，单位为g/cm³；γ为尼尔逊参数；G为植被组分空间取向分布函数；U_L(H)为单棵树叶面积体密度分布函数，单位为m²/m³；在高度H处，植被冠形半径为r(H)，单位为m；α由样地测量的树冠体积与胸径拟合回归获得；β为森林生物量与胸径和树高的幂函数关系；

定义：

其中，联立公式(11)与(12)并代入到公式(10)，进而得到公式(13)为森林生物量反演模型：

Biomass＝a·LBI^b·H_T^c (13)

其中，c＝β；

二、对地基激光雷达点云数据进行预处理，得到基于归一化处理后的单木激光雷达点云数据，利用计算几何中二维凸包算法提取不同高度处树冠横截面积，根据公式(12)计算获得激光雷达生物量指数LBI；

三、将激光雷达生物量指数LBI代入公式(13)，确定系数a、b及c，得到激光雷达生物量指数构建的生物量反演模型并计算生物量，即完成基于异速生长关系联合激光雷达方程的生物量提取方法。

激光雷达能获得高精度的三维测量数据，拥有刻画树木三维结构的优势，尤其可以提取冠层三维结构信息。同时树冠是林木光合作用与同化作用的主要场所，其空间结构与大小是预估树木生长量的基本依据之一。本发明利用能详细刻画树冠三维结构信息的激光雷达点云数据，由林木异速生长关系出发，联合激光雷达方程引入树冠三维结构参数，推导得到具有一定物理机理的生物量反演模型进行森林生物量反演，有效提高森林生物量反演精度并增加模型的适普性。

本发明的有益效果是：