一种面向海陆生态交错带红树林植物地上碳储量估算方法技术

本发明专利技术公开了一种面向海陆生态交错带红树林植物地上碳储量估算方法，该方法包括：获取研究区域的调查数据与多时相卫星影像数据，通过潮间带面积指数和潮间带面积比例筛选低潮时卫星影像；使用随机森林机器学习算法，进行红树林分布遥感识别；构建研究区域红树林地上生物量反演回归模型；基于研究区域红树林地上生物量反演回归模型对研究区域地上生物碳储量进行估算，得到研究区域红树林植物地上碳储量

【技术实现步骤摘要】
一种面向海陆生态交错带红树林植物地上碳储量估算方法


[0001]本专利技术涉及林学测绘遥感
，尤其涉及一种面向海陆生态交错带红树林植物地上碳储量估算方法
。

技术介绍

[0002]红树林作为重要的滨海湿地植被类型，在防风消浪
、
净化水质
、
保护海岸线
、
循环营养物质等方面发挥了重要作用，其固碳速率高，是“蓝碳”碳汇的主要贡献者
。
然而，红树林也受到了加剧的人类活动
、
入侵物种以及气候变化等多方面威胁，潮间带红树林群落退化严重
、
生境破碎程度高
。
近年来，红树林保护受到国内外的广泛关注，政府和相关部门陆续启动了红树林生态保护和修复项目，进行了大范围的红树林修复
。
监测红树林范围和碳储量可为红树林退化监测和保护行动有效性评估提供基础数据支撑
。
传统的红树林碳储量现场调查方式成本高
、
效率低，制约了长时序
、
大范围地开展红树林碳储量的估算和监测，因此构建红树林碳储量遥感估算方法对于红树林的保育
、
管理以及“双碳”目标的实现十分重要
。
[0003]红树林一般分布在热带和亚热带海岸带地区，常与滨海盐沼形成典型的红树林
‑
滨海盐沼生态交错带，海陆生态交错带因其空间异质性
、
动态性和过渡性，被认为是最难用遥感进行监测的区域
。
首先，海陆生态交错带的土地覆盖类型多样，具有高空间异质性和物种多样性，遥感“同物异谱，同谱异物”的现象较为普遍；其次，其边缘的环境梯度大，不同的地表覆盖类型常呈狭窄的带状或破碎的斑块状分布，易造成中低空间分辨率植被遥感的混合像元问题；再次，潮汐涨落，水位波动使得海陆生态交错带的环境动态变化明显，直接影响其在光学影像上的成像范围
、
形状，改变植被的光谱特征
。
因此，复杂
、
动态的生长环境使得传统单时相
、
低空间分辨率遥感监测方式难以满足地处海陆生态交错带的红树林高精度识别和碳储量遥感监测的需要
。
目前大多数研究直接基于单一时相遥感影像目视解译提取研究区红树林分布范围作为红树林碳储量遥感反演的范围，但目视解译依赖解译人员经验且受主观因素的影响
。
地处海陆生态交错带上的红树林与滨海盐沼部分生态位重叠，光谱特征相似，传统分类方法易将红树林和滨海盐沼混淆，而潮汐波动的环境也给红树林的范围识别和碳储量估算带来了较大的不确定性
。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种面向海陆生态交错带红树林植物地上碳储量估算方法，通过构建潮间带面积指数和潮间带面积比例筛选出满足要求的低潮时卫星影像，联合多时相多光谱卫星遥感影像中的植物物候信息以及现场调查数据实现红树林和滨海盐沼的高精度自动识别，提高红树林植被地上碳储量遥感反演自动化程度
。
[0005]本专利技术所采用的第一技术方案是：一种面向海陆生态交错带红树林植物地上碳储量估算方法，包括以下步骤：
[0006]获取研究区域的调查数据与多时相卫星影像数据，并对调查数据进行数据预处
理，对多时相卫星影像数据进行筛选与数据预处理，得到预处理后的调查数据与预处理后的多时相卫星影像数据；
[0007]基于预处理后的调查数据制作分类训练样本，将预处理后的多时相卫星影像数据作为分类基础数据，通过随机森林机器学习算法进行红树林分布范围遥感识别，得到研究区域红树林分布范围；
[0008]根据研究区域红树林分布范围获取其对应的中高空间分辨率多光谱卫星影像并结合预处理后的调查数据，构建研究区域红树林地上生物量反演回归模型；
[0009]获取红树林地上生物量碳转换系数，并结合研究区域红树林分布范围的中高空间分辨率多光谱卫星影像和研究区域红树林地上生物量反演回归模型对研究区域红树林植物地上碳储量进行估算，得到研究区域红树林植物地上碳储量
。
[0010]进一步，所述获取研究区域的调查数据与多时相卫星影像数据，并对调查数据进行数据预处理，对多时相卫星影像数据进行筛选与数据预处理，得到预处理后的调查数据与预处理后的多时相卫星影像数据这一步骤，其具体包括：
[0011]设定红树林研究区域范围并获取对应研究区域的调查数据；
[0012]对研究区域的调查数据进行数据预处理，得到预处理后的调查数据；
[0013]通过卫星多光谱成像仪对红树林研究区域范围进行拍摄处理，得到多时相卫星影像数据；
[0014]对多时相卫星影像数据进行筛选与数据预处理，得到预处理后的多时相卫星影像数据
。
[0015]进一步，所述对研究区域的调查数据进行数据预处理，得到预处理后的调查数据这一步骤，其具体包括：
[0016]通过无人机对红树林研究区域范围进行拍摄，获取研究区域的第一类调查数据；
[0017]所述研究区域的第一类调查数据为具有不同地物类型和具有拍摄地理位置信息的照片，所述不同地物类型包括地物类型和植被类型；
[0018]基于研究区域范围，设定红树林生态调查样方位置，对红树林生态调查样方位置中的红树植物进行测量，获取红树林生态调查样方中的红树植物的株高
、
胸径和基径信息；
[0019]根据红树植物的株高
、
胸径和基径信息，通过红树林异速生长方程对红树林生态调查样方的不同种类红树植物的地上生物量进行估算，获取红树林生态调查样方的红树植物的地上生物量，得到研究区域的第二类调查数据；
[0020]整合研究区域的第一类调查数据和研究区域的第二类调查数据，得到预处理后的调查数据
。
[0021]进一步，所述对多时相卫星影像数据进行筛选与数据预处理，得到预处理后的多时相卫星影像数据这一步骤，其具体包括：
[0022]考虑云量干扰，选取所述云量低于
20
％对应的卫星影像数据，并选择研究区域的滨海盐沼植物的生长期和休眠期成像的卫星影像，得到初步筛选的多时相卫星影像数据；
[0023]对初步筛选的多时相卫星影像数据依次进行几何校正
、
辐射定标和大气校正处理，得到校正后的多时相卫星影像数据；
[0024]所述几何校正用于校正传感器成像过程中造成的几何畸变；
[0025]所述辐射定标用于对数据输入单元中遥感影像传感器记录的电子信号转换成地
表地物的辐射亮度或反射率；
[0026]所述大气校正用于消除大气折射
、
散射影响，将辐射亮度或反射率转换成地物实际反射率；
[0027]基于红树林研究区域范围并结合研究区域的调查数据中具有拍摄地理位置信息的照片，制作研究区域范围矢量；
[0028]通过研究区域范围矢量对校正后的多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种面向海陆生态交错带红树林植物地上碳储量估算方法，其特征在于，包括以下步骤：获取研究区域的调查数据与多时相卫星影像数据，并对调查数据进行数据预处理，对多时相卫星影像数据进行筛选与数据预处理，得到预处理后的调查数据与预处理后的多时相卫星影像数据；基于预处理后的调查数据制作分类训练样本，将预处理后的多时相卫星影像数据作为分类基础数据，通过随机森林机器学习算法进行红树林分布范围遥感识别，得到研究区域红树林分布范围；根据研究区域红树林分布范围获取其对应的中高空间分辨率多光谱卫星影像并结合预处理后的调查数据，构建研究区域红树林地上生物量反演回归模型；获取红树林地上生物量碳转换系数，并结合研究区域红树林分布范围的中高空间分辨率多光谱卫星影像和研究区域红树林地上生物量反演回归模型对研究区域红树林植物地上碳储量进行估算，得到研究区域红树林植物地上碳储量
。2.
根据权利要求1所述一种面向海陆生态交错带红树林植物地上碳储量估算方法，其特征在于，所述获取研究区域的调查数据与多时相卫星影像数据，并对调查数据进行数据预处理，对多时相卫星影像数据进行筛选与数据预处理，得到预处理后的调查数据与预处理后的多时相卫星影像数据这一步骤，其具体包括：设定红树林研究区域范围并获取对应研究区域的调查数据；对研究区域的调查数据进行数据预处理，得到预处理后的调查数据；通过卫星多光谱成像仪对红树林研究区域范围进行拍摄处理，得到多时相卫星影像数据；对多时相卫星影像数据进行筛选与数据预处理，得到预处理后的多时相卫星影像数据
。3.
根据权利要求2所述一种面向海陆生态交错带红树林植物地上碳储量估算方法，其特征在于，所述对研究区域的调查数据进行数据预处理，得到预处理后的调查数据这一步骤，其具体包括：通过无人机对红树林研究区域范围进行拍摄，获取研究区域的第一类调查数据；所述研究区域的第一类调查数据为具有不同地物类型和具有拍摄地理位置信息的照片，所述不同地物类型包括地物类型和植被类型；基于研究区域范围，设定红树林生态调查样方位置，对红树林生态调查样方位置中的红树植物进行测量，获取红树林生态调查样方中的红树植物的株高
、
胸径和基径信息；根据红树植物的株高
、
胸径和基径信息，通过红树林异速生长方程对红树林生态调查样方的不同种类红树植物的地上生物量进行估算，获取红树林生态调查样方的红树植物的地上生物量，得到研究区域的第二类调查数据；整合研究区域的第一类调查数据和研究区域的第二类调查数据，得到预处理后的调查数据
。4.
根据权利要求3所述一种面向海陆生态交错带红树林植物地上碳储量估算方法，其特征在于，所述对多时相卫星影像数据进行筛选与数据预处理，得到预处理后的多时相卫星影像数据这一步骤，其具体包括：
考虑云量干扰，选取所述云量低于
20
％对应的卫星影像数据，并选择研究区域的滨海盐沼植物的生长期和休眠期成像的卫星影像，得到初步筛选的多时相卫星影像数据；对初步筛选的多时相卫星影像数据依次进行几何校正
、
辐射定标和大气校正处理，得到校正后的多时相卫星影像数据；所述几何校正用于校正传感器成像过程中造成的几何畸变；所述辐射定标用于对数据输入单元中遥感影像传感器记录的电子信号转换成地表地物的辐射亮度或反射率；所述大气校正用于消除大气折射
、
散射影响，将辐射亮度或反射率转换成地物实际反射率；基于红树林研究区域范围并结合研究区域的调查数据中具有拍摄地理位置信息的照片，制作研究区域范围矢量；通过研究区域范围矢量对校正后的多时相卫星影像数据进行裁剪处理，得到裁剪后的多时相卫星影像数据；考虑潮汐涨落对地物光谱和其分布范围的遥感成像的影响，对裁剪后的多时相卫星影像数据进行筛选处理，得到预处理后的多时相卫星影像数据
。5.
根据权利要求4所述一种面向海陆生态交错带红树林植物地上碳储量估算方法，其特征在于，所述考虑潮汐涨落对地物光谱和其分布范围的遥感成像的影响，对裁剪后的多时相卫星影像数据进行筛选处理，得到预处理后的多时相卫星影像数据这一步骤，其具体包括：考虑潮汐涨落对地物光谱和其分布范围的遥感成像的影响，获取研究区域最低潮时且归一化植被指数大于0时的面积和研究区域最高潮时且归一化水体指数小于0时的面积；根据研究区域最低潮时且归一化植被指数大于0时的面积
、
研究区域最高潮时且归一化水体指数小于0时的面积
、
研究区域的面积构建潮间带面积指数和潮间带面积比例；根据潮间带面积指数和潮间带面积比例对所述初步筛选的多时相卫星影像数据进行筛选处理，基于研究区域的滨海盐沼植物的生长期和休眠期选取潮间带面积比例大于
10
％且潮间带面积指数最大的影像作为预处理后的多时相卫星影像数据
。6.
根据权利要求5所述一种面向海陆生态交错带红树林植物地上碳储量估算方法，其特征在于，所述潮间带面积指数和所述潮间带面积比例的表达式具体如下所示：特征在于，所述潮间带面积指数和所述潮间带面积比例的表达式具体如下所示：上式中，
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表...

【专利技术属性】
技术研发人员：董迪，黄华梅，魏征，李雪瑞，
申请(专利权)人：国家海洋局南海规划与环境研究院，
类型：发明
国别省市：