基于林内图像的单位面积碳储量估计方法

摘要

[目的]针对森林碳储量估算工作量大、成本高等问题,提出一种基于林内图像简洁高效且满足精度要求的单位面积森林碳储量估计方法.[方法]林分纵断面图像隐式包含林分密度和高度2类复合信息,与林地上对应的林木碳储量直接相关.以此为突破口,首先,分析林木图像分类算法,提出在全局阈值基础上结合邻域像素属性来决定焦点像素归属,以消弱因林内光线不均对图像灰度造成的影响;然后,提出一个与林木碳储量关系紧密的参数并给出其图像计算方法;最后,以该参数为自变量,建立预估模型,实现对碳储量的估计.[结果]在以焦点像素为中心的3×3的邻域内,如果有大于6个相似像素出现,则将焦点像素归为该类,这种利用与邻域像素关系以决定当前像素归属的方法具有膨胀和腐蚀双重特性,即当焦点像素处于树体内部时容易将该点归为树体,当焦点像素处于树体外部时容易将该点归为背景,相比单纯全局阈值方法更能提高林分图像分类的准确性.碳储量预估模型方面,2参数的直线方程估计精度与3参数的逻辑斯蒂模型接近;如果在普通模型基础上增加代表海拔的虚拟变量,则能使碳储量估计精度得到较大程度提高.以兴安落叶松为例,验证基于林内纵断面图像能够实现对单位面积碳储量的较高精度估计这一假设.[结论]在林木图像提取过程中,继承对称交叉熵法泛用性强、效率高的优点,同时针对该算法容易将树体内部部分像素分割成背景、树体外部部分像素归并于树体内部的缺点,采用兼顾像素邻近关系的方法对其进行改进,取得良好结果,且该算法对林内光线不均表现出迟钝特性.在基于林内图像的碳储量预估模型方面,逻辑斯蒂模型表现出良好适应性,由于考虑海拔因素能降低估计误差,因此在实际应用中有必要分海拔段进行预估.