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激光雷达技术应用于林业有着怎样的效果?

作者:飞燕遥感 发布日期:2019-01-02 00:00 浏览量:420

由于雷达具有全天候(不怕云、雨的影响)、全天时(主动被动都不依赖太阳)、远距离和宽广观测带;具有一定的穿透能力(波长越长、湿度越小, 穿透越深);能提供一些特殊信息,如海面形状、海 面风速、土壤水分等;还能提供一些相位信息,如高程信息、地形形变信息等优点,使之在军事侦 察、地形测绘、海洋研究等众多领域具有重要作用和巨大的应用价值。随着遥感技术应用日益深入和成熟,合成孔径雷达和激光雷达技术已逐渐应用到林业工作中,并取得了突破性进展。

 

一、雷达成像技术

根据载体不同,雷达可分为星载雷达、机载雷达和无人机载雷达等类型。但不论是哪种方式获得的雷达影像,其原理都是相同的,即由于地物目标所处的位置、地物结构、表面形态和介电性能等不同,对雷达波束的反应是不一样的。同时不同雷达波段、极化方式、入射角也会使地物产生不同的反应,因而图像上形成不同的色调和纹理。

 

激光雷达是激光探测及测距系统的简称,是一种类似于雷达的主动式遥感技术,但利用的是激光光波而不是无线电波。激光具有快速、准确地穿透云层的能力,因此其光束能在云层中传播,可以观测许多地表特征和低空大气现象。这类传感器对物体表面发射激光能量脉冲,入射脉冲与地球表面及植被冠层的枝干、叶相互作用后被反射,由激光雷达的电波望远镜接收返回的光子,记录脉冲从 发射到返回所消耗的时间,可获得传感器与目标 物之间的距离或范围,因此也可将激光雷达技术称为“激光测高法”。由于激光雷达极高的角分辨能力、距离分辨能力、抗干扰能力等独特的优点,使之可以高精度地获取地表物体的高度信息。

 

二、激光雷达技术在林业上的应用

 

激光雷达具有极高的角分辨能力、距离分辨能力、抗干扰能力等独特的优点,使得激光雷达可以高精度地获取地表物体的高度信息。普通的光学传感器只能用于提供森林水平分布的详细信息;而激光雷达遥感根据采样方式和配置不同(离散回波还是波形激光雷达)可以高精度地提供森林水平和垂直分布的信息。

 

用于林业的激光雷达主要有2类:记录完整波形数据的大光斑激光雷达与仅记录少量回波的小光斑激光雷达。前者主要通过回波波形用于反演大范围森林的垂直结构与生物量等参数,后者则利用高密度的激光点云进行精确的单木水平上的高度估测等工作。

 

国外已经将激光雷达在林业上进行了大量成功的应用,利用Lidar数据估测如单株木的树高和冠幅,林分的平均胸径、树高和郁闭度,林分生物量和蓄积量以及碳储量等林分参数,还可用于监测森林的健康,确定森林从大气中吸收二氧化碳的能力。

 

国内应用大光斑激光雷达、小光斑激光雷达以及地面激光测距技术的研究也越来越多,反演的森林参数也逐渐增加,包括树高、树冠体积、树冠表面积、生物量和蓄积量等。

 

三、激光雷达应用的局限性

尽管Lidar在很多森林参数反演上取得了很大的成功,但其数据有限,成本太高,理论体系尚有待进一步完善,缺乏数据分析专业处理软件,反演所需的算法及模型仍不成熟。小光斑系统需要增大采样密度,降低飞行高度,导致大范围应用所需费用很高;大光斑系统有效地避免了树顶的错失,幅宽也可以更大,但太大的光斑会受到林下地形和树木空间结构的影响。

总之,作为一个新兴的技术,雷达技术为林业遥感提供了更为丰富的信息源,给森林资源清查和监测工作带来了新的契机。激光雷达很难提供大范围全覆盖的数据,但可与其他遥感技术手段相结合提供更准确、更全面的森林参数估计,还可利用高精度的激光雷达反演的森林参数作为其他遥感手段的训练数据和验证数据。最近几年发展的地基激光雷达系统在树木近景测量、木材质量评价等方面也展现出了很好的应用前景。

 

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