普洱高分遥感真实性检验站实现中国GF-7卫星林下地形和森林高度的精度验证

来源:森林遥感技术与应用研究室 |发布时间:2023-09-14

   大范围高精度的林下地形和森林高度测量是评估森林生长状况和碳储量的重要基础。星载激光雷达技术可以准确测量森林的垂直结构,但由于数据采集的离散分布特征,很难获取空间连续覆盖的数据。高精度立体影像在实现连续的森林冠层表面刻画方面具有优势,但受冠层遮挡的影响,难以获取准确的林下地形。为此,将二者进行有效结合是当前计算大范围森林高度的重要手段。

   GF-7卫星于2019年11月发射,是我国自主研发的首颗亚米级光学立体测绘卫星。该卫星配备了一个双线阵测绘相机和一个激光测高仪,可以同时获取立体影像和全波形激光雷达数据。但已有的对其精度验证多集中在裸地区域,缺乏对其在地形复杂林区的地形和高度测量能力的评估。

   针对上述问题,普洱高分遥感真实性检验站(简称普洱遥感站)和我所激光雷达遥感团队在多个尺度上对GF-7卫星的森林地形和高度测量精度进行了评估。研究区选在了地形变化较大且森林结构复杂的云南省普洱市,获取了42个L1A级激光光斑和2景L1A级同轨立体影像,结合普洱遥感站的地面测量样地和机载激光雷达点云数据,评估了星载激光雷达对于林下地形和森林高度的测量精度,以及立体影像用于森林高度的测量精度。

图1 GF-7激光测高数据与ALS获取的结果对比

   结果表明,GF-7激光雷达数据获取的林下地形与ALS数据获取的结果进行对比,RMSE为8.01 m;计算森林高度的 R2和RMSE分别为0.84和3.2 m。此外,在已有ALS数据提取的高精度数字地形模型(DTM)的支持下,立体影像计算的森林高度也具有较高精度,与ALS数据相比,在20 m×20 m的尺度上R2和RMSE分别为0.88和2.98 m;在森林小班尺度上获得了更高的精度(R2=0.96,RMSE=1.23 m)。以上结果表明了GF-7卫星在森林资源监测中具有很好的应用潜力。

图2 GF-7立体影像与ALS获取的不同尺度CHM对比

该项研究成果于近期发表于《Geo-spatial Information Science》(Q1,2023年影响因子6.0)。我所杜黎明博士为第一作者,庞勇研究员为通讯作者,博士生梁晓军参与了研究工作,我所李增元研究员、中国科学院空天院倪文俭研究员、英国北部林业研究站Juan Suárez研究员、云南省林草科学院魏巍助理研究员为共同作者。

本项研究得到国家重点研发计划(2021YFE0117700、2022YFF13l02100)、中-欧龙计划“China-ESA Forest Observation”(59358)、中国高分辨率对地观测系统国家科技重大专项(30-Y30A02-9001-20/22-7、21-Y20B01-9001-19/22)等项目的联合资助。

论文信息如下:

Liming Du, Yong Pang*, Wenjian Ni, Xiaojun Liang, Zengyuan Li, Juan Suarez & Wei Wei. (2023). Forest terrain and canopy height estimation using stereo images and spaceborne LiDAR data from GF-7 satellite. Geo-spatial Information Science.


原文链接:

https://doi.org/10.1080/10095020.2023.2249037