[发明专利]一种结合森林干扰与恢复事件的时间序列林龄制图方法

说明书

本发明公开了一种结合森林干扰与恢复事件的时间序列林龄制图方法，包括以下步骤：(1)遥感卫星影像数据源获取；(2)构建森林年龄估算模型；(3)随机森林算法估算基准年森林年龄空间分布；(4)改进LandTrendr算法；(5)Landsat干扰和趋势检测(LandTrendr)算法检测森林干扰与恢复信息；(6)集成不同变化年份结果；(7)推算时间序列林龄。本发明采用LandTrendr算法检测森林变化，可识别宽泛的干扰强度，完成天然林与人工林森林年龄的制图，结合检测出的森林与恢复事件到森林年龄时间序列估算当中，提高制图的精度。

技术领域

本发明涉及林龄制图领域，尤其涉及一种结合森林干扰与恢复事件的时间序列林龄制图方法。

背景技术

森林年龄，是决定森林生态系统碳封存状态及潜力的关键参数。缺少时间序列林龄空间格局导致无法在足够的空间与时间域中捕捉森林干扰与恢复历史，从而也增加了过去与未来森林碳汇估算的不确定性。因此，考虑森林干扰与恢复历史，探究林龄动态变化，对精确估算森林生态系统碳汇具有重要的科学意义。

遥感与地面观测记录相结合，为获取森林年龄时空分布提供了有效可行的方法。目前，基于遥感的林龄估计方法倾向于将林龄与植被的光谱及纹理等特征变量建立回归关系，并以此来预测林龄的空间分布。这种方法的基本物理机制在于，林分中树种、树枝、树叶、树皮、树干以及锥体的不同光学特性会导致树冠结构的光反射率与透射率不同，另外，随着林龄的增加，森林树冠的图像纹理也会发生变化，从统一风格转变为丛生模式，这也使得树冠纹理特征与林龄之间的关系得以建立。基于上述原因，国内外研究学者利用多元线性回归、人工神经网络、支持向量机等回归方法结合光谱与纹理特征来反演林龄的空间分布。

然而，上述方法仅能获得某一特定年份的林龄空间分布。而如何利用特定年份的森林年龄结合干扰与恢复历史是推算时间序列林龄的关键所在。因此，以特定年份为基准年，结合干扰与恢复事件，向后推算森林年龄，可实现时间序列森林年龄空间分布制图。

目前，仅有一份最为相似的现有技术发明为“一种人工林森林年龄空间制图的新方法”(申请号：CN201710592204.2，授权公告号：CN107247809B)。其是先利用随机森林算法模拟某一年份的森林年龄分布，再利用植被变化追踪(VCT)算法来检测森林干扰事件，最后根据前两者推算得到受干扰影响的时间序列人工林年龄空间分布。

相对于VCT算法，Landsat干扰和趋势检测(LandTrendr)算法作为检测森林干扰与恢复事件的有效方法，在全球范围内被广泛使用。LandTrendr算法的优势在于直线分割可以检测到急剧的干扰事件(皆伐)，同时也能检测到长期持续的缓慢事件(森林生长、干扰后恢复)。同时，LandTrendr算法可以设置不同的光谱指数来获得不同的检测结果，不同于VCT算法只能基于IFZ指数。因此，本发明尝试利用谷歌地球引擎(GEE)云平台，基于不同光谱指数的LandTrendr算法，更加准确地获取森林干扰与恢复发生年份，从而耦合随机森林模型来推算时间序列森林年龄，并将此过程完全程序化，实现自动化完成不同尺度，不同时间范围的时间序列森林年龄制图。

现有技术的技术中采用的植被变化追踪(VCT)算法检测森林变化，仅能识别有限的干扰强度，仅能完成人工林森林年龄的制图；VCT算法检测出的森林恢复事件并没有结合到森林年龄估算当中；或者仅能基于单一的光谱指数，来运行森林干扰与恢复检测算法获取森林对应变化信息。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种结合森林干扰与恢复事件的时间序列林龄制图方法，解决之前只能实现中小尺度的人工林林龄制图的问题，实现大尺度的人工林与天然林林龄制图，获得更加准确的森林干扰与恢复信息，提高时间序列林龄空间制图的精度，并且用户可随意设置多种光谱指数，从而结合各指数的结果来提高林龄空间制图的精度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种结合森林干扰与恢复事件的时间序列林龄制图方法，时间序列林龄空间分布制图的技术方案包括如下步骤：