[發明專利]一種基于Landsat時間序列建模的森林地上生物量估算方法

有效

• 申請號: 202011116963.X
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112487701B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 何彬彬;劉霞;廖展芒
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G01S17/89;G01S7/48;G01N21/55;G01N21/17
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

該發明公開了一種基于Landsat時間序列建模的森林地上生物量估算方法，屬于遙感反演技術領域，特別涉及森林地上生物量估算方法。針對現有基于單時相光學數據的AGB估算模型存在數據時空連續性差、易飽和、易受噪聲干擾、估算精度差等問題，本發明提供了一種基于光學數據時間序列建模的森林AGB估算方法，并以Landsat數據為例展開方法說明。其中創新性地將森林時序變化參數引入到AGB估算中，并構建一套完整的AGB估算指標體系，借此有效降低噪聲影響，緩解飽和問題，提高基于光學數據的森林AGB估算精度與普適性，為大范圍森林AGB估算提供技術支持。

技術領域

本發明屬于遙感反演技術領域，特別涉及森林地上生物量估算方法。

背景技術

森林地上生物量是表征森林碳儲量的重要參數，準確估算森林地上生物量對深入研究森林演替、人類活動、自然干擾和氣候變化等方面具有重要意義。傳統地上生物量的監測手段主要通過實地測量實現，雖然該方法精度高，但耗時耗力，成本高，采樣通常離散、稀疏、難以大范圍覆蓋。遙感技術作為一種新型獲取數據的手段，因其覆蓋范圍廣、獲取數據周期短、成本低、不受時空限制等優點使得大尺度變化監測變成可能。

目前發展了諸多森林生物量遙感估算法，如LiDAR、SAR、光學遙感等。其中，星載LiDAR目前難以實現大范圍時空連續覆蓋，星載SAR雖具有較高時間和空間分辨率，但目前SAR衛星壽命較短，很少有同一系列衛星具有超過10年的觀測周期，且部分SAR衛星并未免費公開，其歷史存檔數據很少，極大地限制了大范圍森林地上生物量(AGB)的連續監測。相比之下，在開展大范圍森林AGB長時間序列監測方面，光學數據Landsat因其高時空分辨率以及免費公開的長時間歷史存檔數據而具有得天獨厚的優勢。如何基于單一光學數據開展森林AGB準確估算，是實現近幾十年以來大范圍森林生物量及相應碳收支深入研究的關鍵。

然而，現有生物量光學估算方法多基于單時相、或者部分多時相數據開展，這導致森林生物量估算還存在兩大問題。一是數據缺乏時空連續性問題，光學數據自身容易受云霧干擾，導致光學數據時空連續性受到嚴重限制。二是森林生物量估算精度低的問題，單時相光學數據忽略了森林季節變化特征，單一基于地表瞬時觀測光譜反射率開展AGB估算，光譜反射率主要敏感于森林冠層的葉片特征，然而森林葉片只占據森林AGB的2～11％，加之單時相數據中不可避免的噪聲問題，導致森林AGB估算精度始終受到限制。為此，本發明擬利用所有可獲取的Landsat數據開展時序建模，提取森林時序變化特征，過濾信號中的噪聲影響，并創新性地將森林時序特征參數引入到傳統森林地上生物量估算中，達到提高森林AGB估算精度的目的，為大范圍AGB制圖提供技術支撐。

發明內容

針對現有基于單時相光學數據的AGB估算模型存在數據時空連續性差、易飽和、易受噪聲干擾、估算精度差等問題，本發明提供了一種基于光學數據時間序列建模的森林AGB估算方法，并以Landsat數據為例展開方法說明。其中創新性地將森林時序變化參數引入到AGB估算中，并構建一套完整的AGB估算指標體系，借此有效降低噪聲影響，緩解飽和問題，提高基于光學數據的森林AGB估算精度與普適性，為大范圍森林AGB估算提供技術支持。

本發明提供的技術方案為：一種基于Landsat時間序列建模的森林地上生物量估算方法，該方法包括：

步驟1：收集不同地塊的經度、緯度、高程、東西朝向坡度、南北朝向坡度，這些地塊不同時間點的生物量和對應時間點如下波段的反射率：藍波段(blue)、綠波段(green)、紅波段(red)、近紅外波段(NIR)、短波紅外1(swir1)、短波紅外2(swir2)，熱紅外波段(TIR)和質量評估波段(QA)；

步驟2：建立時間序列模型；

步驟2.1：根據QA波段篩除步驟1數據中的云、云陰影、雪的觀測，并基于清晰觀測值和如下公式分別建立藍波段(blue)、綠波段(green)、紅波段(red)、近紅外波段(NIR)、短波紅外1(swir1)、短波紅外2(swir2)和熱紅外波段(TIR)的時間序列模型；