机载激光雷达大区域亚热带森林参数估测的普适性模型式

摘要

[目的]针对当前森林参数估测模型受研究区条件、森林类型限制不具备普适性的问题,从森林三维结构分析描述出发,构建森林参数估测多元乘幂模型式,并测试其在不同森林类型不同森林参数估测中的表现,检验其推广能力,以期发现一个适用于不同森林类型不同森林参数估测的模型结构式,为激光雷达森林参数的一致性估测提供实践案例.[方法]以面积2.21万km2的南亚热带丘陵山地区域为研究区,以面积法为基础,将刻画森林冠层三维结构的7个离散回波LiDAR变量进行组合,构建5个森林参数估测多元乘幂模型式,通过383块样地测试5个模型式在不同森林类型(杉木林、松树林、桉树林和阔叶林)不同森林参数(蓄积量、断面积和平均直径)估测中的表现.[结果]以激光雷达点云平均高、冠层覆盖度、叶面积密度变动系数、激光雷达点云高度变动系数、50％分位数密度为变量的模型结构式表现最好;4种森林类型蓄积量估测模型的决定系数(R2)分别为0.667、0.769、0.764和0.602,相对均方根误差(rRMSE)变化范围为18.53％～36.32％,平均预估误差(MPE)变化范围为3.37％～6.95％;4种森林类型断面积估测模型的R2分别为0.572、0.582、0.706和0.568,rRMSE变化范围为16.11％～30.82％,MPE变化范围为3.27％～5.89％;4种森林类型平均直径估测模型的R2分别为0.574、0.501、0.709和0.240,rRMSE变化范围为10.07％～29.01％,MPE变化范围为1.83％～5.55％;最优普适性模型式的R2与各森林类型各森林参数最优模型的R2的相差小于5％,rRMSE和MPE的相差均小于7％.[结论]本研究提出的模型式变量具有明确的生物物理意义和林学解析意义,可准确刻画林分冠层三维结构,在不同森林类型不同森林参数估测中均取得较好效果,具有良好的普适性,有利于提高不同森林类型估测结果的可比性,可用于机载激光雷达大区域森林资源动态监测.