本文選題：PolInSAR　切入點(diǎn)：多基線InSAR　出處：《中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：林下地形、森林樹高和森林地上生物量(Above Ground Biomass,AGB)等森林垂直結(jié)構(gòu)參數(shù)不僅是重要的森林資源參數(shù),也是描述森林生態(tài)系統(tǒng)的重要參量。相較于短波長(zhǎng)合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR),P-波段SAR對(duì)森林的穿透性更強(qiáng),更有利于提取森林垂直信息。然而,由于P-波段SAR難以反映樹冠表層信息,利用單基線干涉SAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技術(shù)難以反演得到森林樹高,且后向散射強(qiáng)度對(duì)森林AGB的敏感性在高生物量區(qū)存在飽和現(xiàn)象。鑒于極化干涉SAR(Polarimetric Interferometric Synthetic Aperture Radar,PolInSAR)、多基線InSAR和多基線PolInSAR等多維度SAR通過綜合利用多通道干涉SAR數(shù)據(jù),可以更精細(xì)的描述森林垂直結(jié)構(gòu),本文以法屬圭亞那熱帶雨林為研究對(duì)象,TropiSAR 2009 P-波段多基線機(jī)載SAR數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源,分別利用單基線PolInSAR技術(shù)、多基線InSAR層析技術(shù)和多基線PolInSAR層析技術(shù)提取森林垂直結(jié)構(gòu)剖面、森林樹高、森林AGB等森林垂直信息,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)單基線PolInSAR提取森林垂直信息首先,通過模擬仿真數(shù)據(jù)對(duì)PolInSAR空間基線進(jìn)行優(yōu)化配置分析,進(jìn)而從6軌PolInSAR數(shù)據(jù)中選擇最優(yōu)的兩軌PolInSAR數(shù)據(jù)用于后續(xù)森林垂直信息提取;然后,針對(duì)熱帶雨林P-波段PolInSAR數(shù)據(jù)的特點(diǎn),分析由森林隨機(jī)散射體層和地面層兩層組成的相干散射模型(Random Volume over Groud,RVoG)的適用性,進(jìn)而選擇合適的反演算法提取森林樹高。最后,利用單基線極化相干層析(Polarization Coherence Tomography,PCT)技術(shù)提取森林垂直結(jié)構(gòu)剖面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,利用單基線PolInSAR數(shù)據(jù)反演得到的數(shù)字表面模型(Digital Surface Model,DSM)存在低估現(xiàn)象,數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)存在高估現(xiàn)象,導(dǎo)致反演得到的森林樹高存在嚴(yán)重低估現(xiàn)象,其反演精度僅為59.79%,均方根誤差(Root Mean Square Error,RMSE)為12.06 m;通過PCT方法可以實(shí)現(xiàn)冠層頂部和地面的分離,但其重構(gòu)的垂直結(jié)構(gòu)剖面分辨率較低。研究結(jié)果表明:不同垂直有效波數(shù)(kz)條件下不同散射機(jī)理相位中心的區(qū)分精度不同,當(dāng)0.05≤kz≤0.15時(shí),不同散射機(jī)理相位中心具有較高的分離性;在熱帶雨林地區(qū),p-波段sar各極化狀態(tài)復(fù)相干的相位中心高度均高于實(shí)際地表高度并低于冠層高度,基于rvog模型反演得到的森林樹高精度較低;單基線pct方法提取的森林垂直結(jié)構(gòu)剖面難以精確反映森林垂直結(jié)構(gòu)。(2)多基線insar層析提取森林垂直信息首先,基于仿真數(shù)據(jù)和機(jī)載飛行數(shù)據(jù)分別對(duì)beamforming、capon和music三種主流的頻譜分析方法進(jìn)行成像分析;然后,發(fā)展了一種森林樹高的多基線insar層析提取方法,通過確定hh極化后向散射功率在垂直方向的峰值位置提取dem,通過確定hv極化后向散射功率在垂直方向的峰值位置并采用樣地標(biāo)定的方法提取dsm,進(jìn)而將所提取的dsm、dem差分得到森林樹高;最后,發(fā)展了一種森林agb的多基線insar層析估測(cè)方法,通過分析不同高度處層析相對(duì)反射率與森林agb的相關(guān)性關(guān)系,進(jìn)一步挖掘與森林agb相關(guān)的層析特征,進(jìn)而完善了森林agb估測(cè)模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,beamforming算法成像效果最優(yōu),森林樹高反演精度為89.61%,rmse為3.59m,同時(shí)利用5m和25m高度處層析相對(duì)反射率聯(lián)合建模估測(cè)的森林agb結(jié)果最優(yōu),估測(cè)精度達(dá)到89.17%,rmse為46.45t·hm-2。研究結(jié)果表明,基于hh極化和hv極化多基線insar數(shù)據(jù),利用多基線insar層析方法可反演得到較高精度的dem、dsm和森林樹高;充分利用不同層次森林垂直結(jié)構(gòu)信息可提高復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)條件下森林agb的估測(cè)精度。(3)多基線polinsar層析提取森林垂直信息首先,基于機(jī)載飛行數(shù)據(jù)分別對(duì)極化beamforming、極化capon和極化music三種主流的極化頻譜分析方法進(jìn)行成像分析;然后,基于克羅內(nèi)克積(sumofkroneckerproduct,skp)分解技術(shù),發(fā)展了一種森林樹高的多基線polinsar層析提取方法,通過確定地面增強(qiáng)的后向散射功率在垂直方向的峰值位置提取dem,通過確定冠層增強(qiáng)的后向散射功率在垂直方向的峰值位置提取dsm,進(jìn)而將所提取的dsm、dem差分得到森林樹高;最后,將極化頻譜分析方法和skp分解技術(shù)用于森林agb估測(cè)研究,通過分析極化“綜合”和冠層增強(qiáng)的各高度處層析相對(duì)反射率與森林agb的相關(guān)性關(guān)系,對(duì)其用于森林agb估測(cè)的可行性進(jìn)行探討。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,極化beamforming算法成像效果最優(yōu),森林樹高反演精度為90.10%,rmse為3.00m,極化“綜合”和冠層增強(qiáng)的各高度處層析相對(duì)反射率與森林agb的相關(guān)性較弱。研究結(jié)果表明,相比多基線InSAR層析技術(shù),基于SKP分解的多基線PolInSAR層析技術(shù)更有利于提取森林樹高;極化“綜合”和冠層“增強(qiáng)”的層析相對(duì)反射率垂直分布并不利于森林AGB估測(cè)。本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:第一,提出了更為穩(wěn)定的森林樹高層析提取方法,根據(jù)后向散射功率在垂直方向的峰值位置,提出采用樣地標(biāo)定方法提取DSM,規(guī)避了功率損失閾值選擇的不確定性;第二,提出了綜合利用不同高度處層析相對(duì)反射率聯(lián)合估測(cè)森林AGB的方法,進(jìn)一步完善了森林AGB估測(cè)模型;第三,揭示了多基線PolInSAR層析特征與森林AGB的相關(guān)性關(guān)系,為發(fā)展森林AGB的多基線PolInSAR層析估測(cè)方法提供了指導(dǎo)。
[Abstract]:鏋椾笅鍦板艦,媯灄鏍?wèi)楂樺拰妫灄鍦颁笂鐢熺墿閲?Above Ground Biomass,AGB)絳夋．鏋楀瀭鐩寸粨鏋勫弬鏁頒笉浠呮槸閲嶈鐨勬．鏋楄祫婧愬弬鏁，

本文編號(hào)：1588689