联合干涉雷达、摄影测量与激光雷达数据反演森林生物量研究

区域或全球森林生物量的估算可以为全球变化特别是碳循环等研究提供有力的科学验证数据，对于理解和监测生态系统对气候变化和人类活动的响应具有重要的意义。本研究将以发展相干森林雷达后向散射模型为基础，以探索使用树高信息作为附加约束条件的基于查找表方法的森林生物量算法为主要内容，以提高森林生物量估算精度为目标，通过模型模拟分析，开发基于雷达穿透深度的树高反演方法，联合使用L波段干涉雷达数据、摄影测量数据和激光雷达数据，对所发展的树高反演算法进行标定，对森林植被进行分类，从而得到森林高度图，最后将森林高度图和雷达后向散射系数作为输入，通过查找表方法进行森林生物量反演。本项目将加深对微波与森林相互作用机理的理解，同时为合理利用我国森林资源以及进一步探讨森林动态变化与全球气候和环境变化之间的关系提供帮助。

区域森林生物量图是地球系统循环研究中的基础数据，同时也是区域碳收支计算的主要依据之一。遥感在区域森林生物量制图中具有不可替代的作用。但目前用于区域森林生物量制图的遥感数据，如光学的反射率，雷达的后向散射系数，干涉雷达的相干系数等，不是对森林结构的直接测量，只是在给定的环境条件下，遥感信号与生物量之间存在一定的相关性，当环境条件改变时，它们之间的相关性也发生变化。激光雷达数据是对植被垂直结构的直接测量，研究表明其对森林生物量估算的精度较高，但其数据获取成本较高。摄影测量也是对地物垂直结构的直接测量。但传统摄影测量的目标是获取林下地形，常常通过人工选点的方式抑制植被高度信息；同时传统的摄影测量数据处理较为复杂，摄影测量方法并没有引起森林遥感领域的重视。在这种情况下，本研究提出联合干涉雷达、摄影测量和激光雷达数据进行森林生物量反演研究，将摄影测量提取森林顶层高程与雷达干涉获取散射相位中心的高程相结合，获取植被区域的雷达穿透深度，然后结合激光雷达的点采样数据由雷达穿透深度反推植被高度，进而以树高作为附加限制条件，进行森林生物量的估算。本研究沿该思路展开，建立了基于查找表方法的森林生物量反演的技术体系；提出了一种基于空间低通滤波的重复轨道干涉雷达数据中的大气影响的去除方法；发展了一种高精度全自动化DSM/DTM数据配准算法，有效地抑制了空间位置误差对穿透深度提取的影响；发展了一个半相干森林雷达后向散射模型，并通过模型的模拟分析，从理论上证明了联合摄影测量与雷达干涉数据获取的雷达穿透深度信息对森林生物量的敏感性；发现多角度摄影测量点云数据的互补性，并提出了一种全自动多角度摄影测量数据处理方法。本研究开启了一种高精度区域森林生物量制图的新途径。由于经费、时间等多方面的原因，还存在一些需要进一步研究的问题， 如地形对雷达干涉数据和摄影测量数据的影响；不同季节、图像分辨率和观测几何条件下，植被区域摄影测量点云数据的分布特征；基于摄影测量点云数据自身特征的点云滤波算法；摄影测量数据与雷达干涉数据更深层次的融合等。.受本项目资助已发表SCI、EI论文8篇，其中SCI论文５篇，目前还有1篇文章处于在审阶段，培养硕士研究生1名，并资助一人出国交流学习。