基于ICESat-2星载激光雷达光子云数据反演森林冠层高度方法研究
发布时间：2021-08-10 20:48
第二代星载激光雷达冰、云和陆地测高卫星（The Ice,Cloud and Land Elevation Satellite-2,ICESat-2）已于2019年9月发射。该卫星搭载了先进地形测高系统,使用了全新的微脉冲多波束光子计数式激光雷达,能够广泛的收集全球冰盖,草原,陆地水,森林的高程数据。其中ICESat-2能够实现全球的冠层高度测量,但由于光子计数式激光雷达的自身特点,其光子云数据受噪声光子影响大、信噪比与扫描时间相关、光子分布密度不均匀等问题,需要经过对该数据的精去噪及分类后才能使用。目前开发的去噪及分类算法中,大部分是以高密度的机载激光雷达数据为基础进行开发,并不能很好的应用于ICESat-2数据中。基于以上问题,本文提出一种改进的自适应去噪算法实现对噪声光子的去除,并通过以峰值检测为基础的光子分类算法实现对地面及冠层光子的分类,最终实现森林冠层高度的提取。本文以美国阿拉斯加州的两个生态区作为研究区域,使用ICESat-2的2级数据作为试验数据,分别完成光子云数据的去噪、分类算法试验并根据分类后的数据反演森林冠层高度信息,同时以高精度的G-LIHT（Goddard’s ...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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程值，激光波朿波长为５３２ｎｍ?（绿色），其??他卫星参数如表２－１所示。ＡＴＬＡＳ与其他激光测距系统的不同之处在于，它采用了光??子计数检测技术．利用光子计数系统的一个好处是，激光可以在高重复率下工作，从而提??高沿轨迹的分辨率。每个激光脉冲在地面上有一个直径约】７ｍ的光斑，１０ｋＨｚ的激光??重复频率加上卫星的高度和速度（？７ｋｍ／ｓ），使得地球表面沿轨道方向的每次发射间隔??仅为０．７?ｍ。ＡＴＬＡＳ使用衍射光学元件将激光器分成六束，布置成彼此相距约３．３公里??的三对光束，如图２－２?ＩＣＥＳａｔ－２波束配置所示。波束对之间以及每对波束内波束之间的??间隔由航天器的偏航角控制：ＩＣＥＳａｔ－２将在正常运行期间以２°的偏航角轨道运行，将波??束对间隔设置为大约于３．３ｋｍ，波束对内波束设置为大约于９０ｍ。每个光束对由一个强??能量光束和一个弱能量光束（４：１比率）组成。每个被探测到的光子的时间被用来确定??到地表的距离，并结合卫星的姿态和指向信息时，从而定位到地球表面上或附近的反射??光子的位置。??二，，：??－：泛?一?．？、？，??，?３?、＂Ｓａｔ?．＇?、着?１??＇?６???￣ｉ＾Ｖ２??／?＇Ｂ．３?ｋｍ?４?＞?ｚ??Ｚ?＜■？??Ｓｕｔ？－ｓ＾ｉｃ＊Ｕｎａ?ｐｏｉｎｔ??Ｆｌｉｇｈｔ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??图２－２?ＩＣＥＳａｔ－２波束配置??Ｆｉｇ．?２－２?ＩＣＥＳａｔ－２?ｂｅａｍ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ??表２－）丨ＣＥＳａｔ－２卫星参数??Ｔａｂｌｅ．?２－１?ＩＣＥＳａｔ－２?ｓａｔｅｌｌｉｔｅ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ???参数名?Ｊｔ???
【参考文献】：
期刊论文
[1]资源三号02星激光测高数据质量分析[J]. 李国元,高小明,陈继溢,赵严铭,莫凡,张悦. 遥感学报. 2019(06)
[2]激光测高卫星ICESat-2云检测及其相关算法[J]. 么嘉棋,唐新明,李国元,艾波,杨雄丹,谢栋平. 激光与光电子学进展. 2020(13)
[3]基于单光子的星载激光水下目标探测深度研究[J]. 彭志兴,周保琢,陈华,张志,谭平. 激光与红外. 2018(07)
[4]大光斑激光雷达数据的森林冠层高度反演[J]. 张良,姜晓琦,周薇薇,张帆. 测绘科学. 2018(03)
[5]GLAS星载激光雷达和Landsat/ETM+数据的森林生物量估算[J]. 池泓,黄进良,邱娟,孙国清,付安民. 测绘科学. 2018(04)
[6]基于粒子群—最小二乘法的GLAS波形分解及树高反演方法[J]. 卢学辉,李爱农,雷光斌,边金虎,靳华安. 地理与地理信息科学. 2017(03)
[7]中南阿拉斯加生态地理区划及生态演化研究[J]. 大卫·卡尔·施耐德,戴长雷,杨朝晖. 黑龙江水利. 2016(08)
[8]基于GLAS激光雷达反演森林生物量[J]. 曲苑婷,汪垚,刘观潮,范文义. 测绘通报. 2014(11)
[9]ICESat-2机载试验点云滤波及植被高度反演[J]. 夏少波,王成,习晓环,骆社周,曾鸿程. 遥感学报. 2014(06)
[10]基于星载激光雷达GLAS和光学MODIS数据中国森林冠层高度制图[J]. 杨婷,王成,李贵才,骆社周,习晓环,高帅,HongCheng ZENG. 中国科学:地球科学. 2014(11)
博士论文
[1]ICESat-GLAS波形与HJ-1A高光谱影像联合反演森林地上生物量的研究[D]. 邱赛.东北林业大学 2016
[2]基于GLAS和MISR数据的森林冠层高度和地上生物量遥感估算研究[D]. 吴迪.东北林业大学 2015
[3]基于激光雷达与多光谱遥感数据的森林地上生物量反演研究[D]. 汤旭光.中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所) 2013
硕士论文
[1]激光测高卫星全波形数据的森林树高提取研究[D]. 崔成玲.中国矿业大学 2016
[2]基于大光斑雷达数据与光学遥感数据估算江西省森林树高和森林生物量[D]. 廖凯涛.江西师范大学 2015
本文编号：3334755
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１技术路线??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?ｒｏａｄｍａｐ??－－??
?东北林业大学硕士学位论文???２研究区概况和研究数据??２．１研究区概况??研究区位于美国阿拉斯加州区域，位于Ｎ６１．２２９？６３．４０１．Ｗ?１４２．９８３？１５０．９０６范围内。图??２－１生态区分布显示了本实验研究区域的库克湾生态区与科珀河流域生态区在阿拉斯加??州的位置。阿拉斯加树种主要包括水杉（Ａ／ｅ／ａｓ．ｅ屮剔？（：／?企、．），西部铁杉??（Ａ／／？伙访），西部红松（尸／／７奶，ｔｏｗ／￡％Ｓ７：ｙ?），阿拉斯加雪松（（＞Ｊｎｃ．也ｏＡ／ｒａ?）、杨??树（ｐｍｖａ／Ｗ／）、大西洋银冷杉（Ｍ／ａｕ／ｋ）、银柳（＆３７／ｘｗｇ＞＇７ｍ＾ｃ／）等。??丨鱗．＇】??＜?ｊ＾＾ＫｉＣＴＳｖ?：?－＊?＾?ｉ?ｓ！：ｎ??ｙｆ＇？賴??ｐ蒙Ｖ??〇?５?＃?聊??图２－〗生态区分布??Ｆｉｇ．?２－１?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ?ａｒｅａｓ??库克湾生态区：是指位于阿拉斯加山脉和楚加奇山以及塔尔基特纳山之间的汇水区。??云杉林和白桦林在库克湾生态区广泛分布。最常见的树种是白云杉、黑云杉和西加云杉，??颤杨、纸皮桦和基奈桦树，香脂杨树和美国黑杨。黑云杉生长在排水较差的泥炭地，而??白杨、桤树、白云杉以及纸皮桦生长在较为干燥的土壤中。西加云杉、美国黑杨以及香??脂杨生长在河流的洪积平原上。桤树和柳树组成了库克湾生态区的灌木丛。牛防风草??（普什基）以及刺参、火草、刺玫瑰ｃ玫瑰果）和高丛越橘通常组成高水平的林下灌草??层。草、苔藓、蕨类植物和地衣组成最低等的草本植物层［４１??－１０－??
程值，激光波朿波长为５３２ｎｍ?（绿色），其??他卫星参数如表２－１所示。ＡＴＬＡＳ与其他激光测距系统的不同之处在于，它采用了光??子计数检测技术．利用光子计数系统的一个好处是，激光可以在高重复率下工作，从而提??高沿轨迹的分辨率。每个激光脉冲在地面上有一个直径约】７ｍ的光斑，１０ｋＨｚ的激光??重复频率加上卫星的高度和速度（？７ｋｍ／ｓ），使得地球表面沿轨道方向的每次发射间隔??仅为０．７?ｍ。ＡＴＬＡＳ使用衍射光学元件将激光器分成六束，布置成彼此相距约３．３公里??的三对光束，如图２－２?ＩＣＥＳａｔ－２波束配置所示。波束对之间以及每对波束内波束之间的??间隔由航天器的偏航角控制：ＩＣＥＳａｔ－２将在正常运行期间以２°的偏航角轨道运行，将波??束对间隔设置为大约于３．３ｋｍ，波束对内波束设置为大约于９０ｍ。每个光束对由一个强??能量光束和一个弱能量光束（４：１比率）组成。每个被探测到的光子的时间被用来确定??到地表的距离，并结合卫星的姿态和指向信息时，从而定位到地球表面上或附近的反射??光子的位置。??二，，：??－：泛?一?．？、？，??，?３?、＂Ｓａｔ?．＇?、着?１??＇?６???￣ｉ＾Ｖ２??／?＇Ｂ．３?ｋｍ?４?＞?ｚ??Ｚ?＜■？??Ｓｕｔ？－ｓ＾ｉｃ＊Ｕｎａ?ｐｏｉｎｔ??Ｆｌｉｇｈｔ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??图２－２?ＩＣＥＳａｔ－２波束配置??Ｆｉｇ．?２－２?ＩＣＥＳａｔ－２?ｂｅａｍ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ??表２－）丨ＣＥＳａｔ－２卫星参数??Ｔａｂｌｅ．?２－１?ＩＣＥＳａｔ－２?ｓａｔｅｌｌｉｔｅ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ???参数名?Ｊｔ???
【参考文献】：
期刊论文
[1]资源三号02星激光测高数据质量分析[J]. 李国元,高小明,陈继溢,赵严铭,莫凡,张悦. 遥感学报. 2019(06)
[2]激光测高卫星ICESat-2云检测及其相关算法[J]. 么嘉棋,唐新明,李国元,艾波,杨雄丹,谢栋平. 激光与光电子学进展. 2020(13)
[3]基于单光子的星载激光水下目标探测深度研究[J]. 彭志兴,周保琢,陈华,张志,谭平. 激光与红外. 2018(07)
[4]大光斑激光雷达数据的森林冠层高度反演[J]. 张良,姜晓琦,周薇薇,张帆. 测绘科学. 2018(03)
[5]GLAS星载激光雷达和Landsat/ETM+数据的森林生物量估算[J]. 池泓,黄进良,邱娟,孙国清,付安民. 测绘科学. 2018(04)
[6]基于粒子群—最小二乘法的GLAS波形分解及树高反演方法[J]. 卢学辉,李爱农,雷光斌,边金虎,靳华安. 地理与地理信息科学. 2017(03)
[7]中南阿拉斯加生态地理区划及生态演化研究[J]. 大卫·卡尔·施耐德,戴长雷,杨朝晖. 黑龙江水利. 2016(08)
[8]基于GLAS激光雷达反演森林生物量[J]. 曲苑婷,汪垚,刘观潮,范文义. 测绘通报. 2014(11)
[9]ICESat-2机载试验点云滤波及植被高度反演[J]. 夏少波,王成,习晓环,骆社周,曾鸿程. 遥感学报. 2014(06)
[10]基于星载激光雷达GLAS和光学MODIS数据中国森林冠层高度制图[J]. 杨婷,王成,李贵才,骆社周,习晓环,高帅,HongCheng ZENG. 中国科学:地球科学. 2014(11)
博士论文
[1]ICESat-GLAS波形与HJ-1A高光谱影像联合反演森林地上生物量的研究[D]. 邱赛.东北林业大学 2016
[2]基于GLAS和MISR数据的森林冠层高度和地上生物量遥感估算研究[D]. 吴迪.东北林业大学 2015
[3]基于激光雷达与多光谱遥感数据的森林地上生物量反演研究[D]. 汤旭光.中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所) 2013
硕士论文
[1]激光测高卫星全波形数据的森林树高提取研究[D]. 崔成玲.中国矿业大学 2016
[2]基于大光斑雷达数据与光学遥感数据估算江西省森林树高和森林生物量[D]. 廖凯涛.江西师范大学 2015
本文编号：3334755
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