[发明专利]一种机载LiDAR和多光谱遥感技术的生态水储量估算方法

说明书

本发明涉及一种机载LiDAR和多光谱遥感技术的生态水储量估算方法，包括以下步骤：步骤S10：LiDAR点云预处理及单木分割；步骤S20：基于LiDAR点云特征变量和样地实测生物量，构建LiDAR点云生物量估算模型(LiDAR‑AGB)；步骤S30：开展LandSat8‑OLI影像数据预处理，提取植被相关指数并反演含水率；步骤S40：利用LiDAR点云估算的植被生物量和LandSat8‑OLI光学影像反演的植被生态水含量，联合构建植被冠层生态水估算模型，反演植被冠层生态水含量(EMC)。因此，基于LiDAR点云生物量模型和植被生态水含量模型，就可以间接计算不同植被的生态水含量，解决降水转换环节难以量化的难题；有助于查明西部生态水层的分布与储水特征，能丰富水资源研究与生态环境研究理论；具有潜在的社会经济价值与科学应用前景。

技术领域

本发明涉及于生态水计算研究技术领域，具体为一种机载LiDAR和多光谱遥感技术的生态水储量估算方法。

背景技术

生态水(层)指与地表植被(包括植被叶面杆茎层，根系土壤层和腐殖层等)所能截留(滞留)或涵养的水总量。它的存在形式与运动形式有别于地表水与地下水，其水量能用于蒸发、调剂补给地表水与地下水，是水循环的一个特殊转换带或过渡带，在整个水文循环中起着重要作用。植被生态水含量是表征植被生长状态的重要指示因子，是农业、林业、生态和水文等研究的重要参数指标。而目前现有的生态水储量计算方法大概采用如下两种方法获得。第一种是实地采集，利用砍伐树木的方法，实际测算不同植被种类的生态水含量，并统计同一树种的生态水的平均值，最后求得某一区域内的生态水所有量。第二种方法是采用光学遥感影像图的方法，利用遥感影像图分类出不同类型植被，并基于植被对光谱波谱相应特点，反演出植被的生态水含水量，最终得出某个区域的生态水储量的空间分布。

当前，国家提倡生态环保，利用传统的“砍伐式”技术计算植被生态水的方法已经完全行不通，及不符合大面积的生态水计算要求，又不符合环境保护法。同时该种方法效率低下，虽然是最为准确的方法之一，但是在实际工作中，完全无法实现。第二种方法是采用光学遥感影像技术，该方法的短板有两个方面。第一方面是在阴雨天气，光学遥感影像几乎无法获取影像，均被云层遮挡。第二，利用光学遥感影像计算植被生态水，只能获取植被冠层(叶、枝)层的植被生态水，图像是二维的，无法获得垂直冠层结构包括树枝、树干部位的生态水。因此，采用传统的光学遥感影像技术计算生态水，充其量计算的是植被表层的生态水，其生态水的含量远远被低估，尤其是植被树枝、树干部分的生态水，利用传统光学遥感影像技术无法实现。对于大面积的生态水储量计算而言，传统方法完全没有真实参考的价值。

发明内容

发明目的：针对目前生态水计算方法的研究现状，本发明 利用机载激光雷达技术结合多光谱遥感技术，此方式可获得森林冠层结构信息，突破传统光学遥感技术只能获取植被冠层顶部光谱信息的局限，实现垂直冠层结构包括树枝、树干部位的生态水有效反演，尤其可提高树枝、树干部位的生态水储量计算不准，计算效率低下的问题。同时可突破传统光谱遥感技术反演生态水饱和问题，尤其针对原始森林等密林区域，可以提高生态水反演精度。与此同时本技术可以不用砍伐大量的植被，就可以实现生态水的高精度计算，完全可以满足生产、科研应用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机载LiDAR和多光谱遥感技术的生态水储量估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10：LiDAR点云预处理及单木分割步骤；

步骤S20：基于LiDAR点云特征变量和样地实测生物量，构建LiDAR点云生物量估算模型(LiDAR-AGB)；

步骤S30：开展LandSat8-OLI影像数据预处理，提取植被相关指数并反演含水率；

步骤S40：利用LiDAR点云生物量估算模型和LandSat8-OLI光学影像反演的植被，联合构建植被冠层生态水估算模型，估算植被生态水储量(EMC)。