森林生物量反演方法、装置、终端设备及存储介质制造方法及图纸

本申请适用于森林管理技术领域，提供了一种森林生物量反演方法、装置、终端设备及存储介质，其中该方法包括：获取森林区域的第一全极化雷达影像数据；根据第一全极化雷达影像数据，获取用于描述森林区域的植被散射特性的散射参数；获取森林区域的第二全极化雷达影像数据和第三全极化雷达影像数据；根据第二全极化雷达影像数据和第三全极化雷达影像数据，获取用于描述森林区域的植被空间信息的空间参数；将散射参数和空间参数输入预先训练完成的随机森林分类器进行森林生物量反演，得到森林区域的生物量。本申请能提高森林生物量反演的精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
森林生物量反演方法、装置、终端设备及存储介质


[0001]本申请属于森林管理
，尤其涉及一种森林生物量反演方法、装置、终端设备及存储介质。

技术介绍

[0002]森林作为生态系统的重要组成部分，与人类生产生活息息相关。生物量作为定量反映森林碳储量的指标，是衡量森林生态系统生产力和研究森林碳循环过程的重要参数。同时，生物量也是许多气候和地表模型的关键输入参数，为研究森林生态系统的光合作用和水文平衡提供了基础数据，因此对森林生物量的研究至关重要。
[0003]传统的森林生物量估测主要依靠人工调查，通过技术人员的实地测量和数据处理估算样地内的森林生物量。然而这种方式仅适用于小范围内的生物量估计，难以实现快速、准确的大面积生物量调研。目前新型的遥感技术手段已经逐步代替原有的人工调查，为实现生物量的实时监测和大尺度估算提供可能。其中，由于合成孔径雷达(SAR)具有全天时、全天候对地观测能力，已被广泛应用于地物分类、灾害监测及植被参数反演等领域。
[0004]利用合成孔径雷达进行森林生物量反演的方法主要基于后向散射系数、全极化SAR(PolSAR)技术和干涉SAR(InSAR)技术等。其中，后向散射系数记录了雷达信号与地物相互作用后的回波信息，通过解译后向散射系数中包含的植被生物物理信息，可与森林生物量建立联系；极化SAR技术具有对地物形状、朝向和介电属性敏感的特征，可通过极化分解等手段提取植被更具体的散射特性；干涉SAR技术可用于提取植被的空间信息。上述方法在反演森林生物量的过程中往往作为输入参数，通过经验模型或半经验模型与野外观测量联系起来。这种方法操作简单，但是由于输入特征较少，造成生物量反演的精度低。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种森林生物量反演方法、装置、终端设备及存储介质，可以解决生物量反演的精度低的问题。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种森林生物量反演方法，包括：
[0007]获取森林区域的第一全极化雷达影像数据；
[0008]根据第一全极化雷达影像数据，获取用于描述森林区域的植被散射特性的散射参数；
[0009]获取森林区域的第二全极化雷达影像数据和第三全极化雷达影像数据；第二全极化雷达影像数据的采集时间和第三全极化雷达影像数据的采集时间之间的差值小于预设时间阈值，雷达设备采集第二全极化雷达影像数据时的高度与雷达设备采集第三全极化雷达影像数据时的高度之间的差值小于预设差值；
[0010]根据第二全极化雷达影像数据和第三全极化雷达影像数据，获取用于描述森林区域的植被空间信息的空间参数；
[0011]将散射参数和空间参数输入预先训练完成的随机森林分类器进行森林生物量反
演，得到森林区域的生物量。
[0012]可选的，根据第一全极化雷达影像数据，获取用于描述森林区域的植被散射特性的散射参数，包括：
[0013]获取第一全极化雷达影像数据的相干矩阵；
[0014]利用第一全极化雷达影像数据，获取森林区域的极化方位角；
[0015]根据第一全极化雷达影像数据的相干矩阵和极化方位角，获取用于描述森林区域的植被散射特性的散射参数。
[0016]可选的，利用第一全极化雷达影像数据，获取森林区域的极化方位角，包括：
[0017]通过公式获取森林区域的极化方位角；其中，θ表示森林区域的极化方位角，S
HH
表示第一全极化雷达影像数据在HH极化通道的散射系数，S
VV
表示第一全极化雷达影像数据在VV极化通道的散射系数，S
HV
表示第一全极化雷达影像数据在HV极化通道的散射系数。
[0018]可选的，散射参数包括地物的表面散射能量、地物的二面角散射能量、地物的体散射能量、各向异性和方向随机度；
[0019]根据第一全极化雷达影像数据的相干矩阵和极化方位角，获取用于描述森林区域的植被散射特性的散射参数，包括：
[0020]通过公式T＝R(θ)TR
H
(θ)对第一全极化雷达影像数据的相干矩阵进行旋转处理，得到旋转处理后的相干矩阵；其中，T(θ)表示旋转处理后的相干矩阵，R(θ)表示旋转矩阵，T表示第一全极化雷达影像数据的相干矩阵；
[0021]对旋转处理后的相干矩阵进行Freeman分解，得到表面散射模型系数、二面角散射模型系数和体散射模型系数；
[0022]通过公式P
s
＝f
s
(1+|β|2)计算得到地物的表面散射能量；其中，P
s
表示地物的表面散射能量，f
s
表示表面散射模型系数，β表示表面散射模型参数；
[0023]通过公式P
d
＝f
d
(1+|α|2)计算得到地物的二面角散射能量；其中，P
d
表示地物的二面角散射能量，f
d
表示二面角散射模型系数，α表示二面角散射模型参数；
[0024]通过公式P
v
＝4f
v
计算得到地物的体散射能量；其中，P
v
表示地物的体散射能量，f
v
表示体散射模型系数；
[0025]对旋转处理后的相干矩阵进行Neumann分解，得到各向异性和方向随机度。
[0026]可选的，空间参数包括森林高度和消光系数；
[0027]根据第二全极化雷达影像数据和第三全极化雷达影像数据，获取用于描述森林区域的植被空间信息的空间参数，包括：
[0028]获取第二全极化雷达影像数据的相干矩阵和第三全极化雷达影像数据的相干矩阵；
[0029]计算第二全极化雷达影像数据的相干矩阵和第三全极化雷达影像数据的相干矩阵的相干性；
[0030]利用基于RVoG模型的三阶段算法对进行解算，得到森林高度和消光系数；
[0031]其中，γ(ω)表示相干性，表示地表相位，是地表相位的复数表达形式，m(ω)表示地体幅度比，γ
v
表示纯体去相干系数，h
v
表示森林高度，σ表示消光系数，z表示散射层位置，ψ表示雷达设备的入射角，是复数表达形式，k
z
表示垂直有效波数，B
⊥
表示垂直基线长度，λ表示波长，R表示雷达设备的斜距。
[0032]可选的，将散射参数和空间参数输入预先训练完成的随机森林分类器进行森林生物量反演，得到森林区域的生物量，包括：
[0033]对散射参数和空间参数进行归一化处理；
[0034]将归一化处理后的散射参数和空间参数组合成特征矢量；
[0035]将特征矢量输入预先训练完成的随机森林分类器进行森林生物量反演，得到森林区域的生物量。
[0036]第二方面，本申请实施例提供了一种森林生物量反演装置，包括：
[0037]第一获取模块，用于获取森林区域的第一全极化雷达影像数据；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种森林生物量反演方法，其特征在于，包括：获取森林区域的第一全极化雷达影像数据；根据所述第一全极化雷达影像数据，获取用于描述所述森林区域的植被散射特性的散射参数；获取森林区域的第二全极化雷达影像数据和第三全极化雷达影像数据；所述第二全极化雷达影像数据的采集时间和第三全极化雷达影像数据的采集时间之间的差值小于预设时间阈值，雷达设备采集所述第二全极化雷达影像数据时的高度与所述雷达设备采集所述第三全极化雷达影像数据时的高度之间的差值小于预设差值；根据所述第二全极化雷达影像数据和所述第三全极化雷达影像数据，获取用于描述所述森林区域的植被空间信息的空间参数；将所述散射参数和所述空间参数输入预先训练完成的随机森林分类器进行森林生物量反演，得到所述森林区域的生物量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一全极化雷达影像数据，获取用于描述所述森林区域的植被散射特性的散射参数，包括：获取所述第一全极化雷达影像数据的相干矩阵；利用所述第一全极化雷达影像数据，获取所述森林区域的极化方位角；根据所述第一全极化雷达影像数据的相干矩阵和所述极化方位角，获取用于描述所述森林区域的植被散射特性的散射参数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述第一全极化雷达影像数据，获取所述森林区域的极化方位角，包括：通过公式获取所述森林区域的极化方位角；其中，θ表示所述森林区域的极化方位角，S
HH
表示所述第一全极化雷达影像数据在HH极化通道的散射系数，S
VV
表示所述第一全极化雷达影像数据在VV极化通道的散射系数，S
HV
表示所述第一全极化雷达影像数据在HV极化通道的散射系数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述散射参数包括地物的表面散射能量、地物的二面角散射能量、地物的体散射能量、各向异性和方向随机度；所述根据所述第一全极化雷达影像数据的相干矩阵和所述极化方位角，获取用于描述所述森林区域的植被散射特性的散射参数，包括：通过公式T(θ)＝R(θ)TR
H
(θ)对所述第一全极化雷达影像数据的相干矩阵进行旋转处理，得到旋转处理后的相干矩阵；其中，T(θ)表示旋转处理后的相干矩阵，R(θ)表示旋转矩阵，T表示第一全极化雷达影像数据的相干矩阵；对旋转处理后的相干矩阵进行Freeman分解，得到表面散射模型系数、二面角散射模型
系数和体散射模型系数；通过公式P
s
＝f
s
(1+|β|2)计算得到地物的表面散射能量；其中，P
s
表示地物的表面散射能量，f
s
表示表面散射模型系数，β表示表面散射模型参数；通过公式P
d
＝f
d
(1+|α|2)计算得到地物的二面角散射能量；其中，P
d
表示地物的二面角散射能量，f
d
表示二面角散射模型系数，α表示二面角散...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建军，张舒蓉，付海强，韩文涛，唐品俊，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：