基于无人机雷达和光学影像的城市森林地上生物量估算方法建立及应用
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K909;S771.8

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国家自然科学基金(42161144003;41771140)


Establishment and application of aboveground biomass estimation method for urban forests using UAV LiDAR and optical imagery
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    摘要:

    目前生物量估算的数据来源包括光学、合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)和激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)等.利用遥感技术对区域生物量进行反演时,实地样方数据的不足限制了模型反演精度的提升.本研究采用无人机雷达点云数据结合实地调查扩大样本量,试图验证利用机载雷达替代实地调查的可行性,并与光学影像特征(植被指数数据和纹理特征数据)建立植被地上生物量反演模型.结果表明:1)基于LiDAR获取的单株冠幅数据估算的生物量具有较好的精度,与实地测算的生物量的总体误差为1.74%;2)南京龙王山风景区,利用LiDAR数据估算的地上生物量密度为96.78 Mg·hm-2,利用光学影像特征模型反演的生物量密度为107.94 Mg·hm-2;3)毗邻龙王山的大学校园验证数据结果显示,模型反演生物量密度值为92.6 Mg·hm-2,基于LiDAR数据的结果为104.11 Mg·hm-2,可以看出所提出的方法具有较好的效果.因此,通过无人机LiDAR和冠幅生物量模型可以扩大样本量,由此建立的影像特征生物量模型具有良好的效果,为大范围生物量反演提供一种可行的方法.

    Abstract:

    Currently,remote sensing data sources for biomass estimation include optical,Synthetic Aperture Radar (SAR) and Light Detection and Ranging (LiDAR).The scarcity of field plot data constrains the improvement of model inversion accuracy when using remote sensing techniques to invert regional biomass.Here,we utilize Unmanned Aerial Vehicle (UAV) LiDAR point cloud data,combined with field surveys,to expand the sample size,aiming to verify the feasibility of using airborne radar as a substitute of field survey,and establish an inversion model for aboveground vegetation biomass using optical image features (vegetation index data and texture feature data).The results show that,the biomass estimates derived from tree canopy width data acquired by LiDAR exhibit high accuracy,with an overall error percentage of 1.74% compared to field-measured biomass results;the aboveground biomass density in Nanjing's Longwang Hill scenic area is estimated to be 96.78 Mg·hm-2using LiDAR data and 107.94 Mg·hm-2 using optical image feature model;validation data from the campus adjacent to Longwang Hill show that the model-inverted aboveground biomass density is 92.6 Mg·hm-2,while the result based on LiDAR data is 104.11 Mg·hm-2,demonstrating the effectiveness of the proposed method.Therefore,the integration of UAV LiDAR and canopy amplitude biomass model effectively expands the sample size,and the resulting image characteristic biomass model performs well,which provides a feasible approach for large-scale biomass inversion.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

张曈,陈爽,曹书舸.基于无人机雷达和光学影像的城市森林地上生物量估算方法建立及应用[J].南京信息工程大学学报(自然科学版),2025,17(4):581-590
ZHANG Tong, CHEN Shuang, CAO Shuge. Establishment and application of aboveground biomass estimation method for urban forests using UAV LiDAR and optical imagery[J]. Journal of Nanjing University of Information Science & Technology, 2025,17(4):581-590

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  • 收稿日期:2024-03-30
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  • 在线发布日期: 2025-07-11
  • 出版日期: 2025-07-28
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