基于微波散射模型的森林生物量估算及模型可視化.pdf

1、森林是地球生物圈的主體，在整個地球系統(tǒng)中對水、碳和能量的循環(huán)都起著非常重要的作用。同時，森林生態(tài)系統(tǒng)也是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，其占地總面積超過40億hm2，約占陸地總面積的31％。所以科學(xué)家們都認(rèn)為森林是最具有研究意義的生態(tài)系統(tǒng)之一。雷達微波遙感技術(shù)是從20世紀(jì)60年代開始發(fā)展起來的，為各先進國家競相發(fā)展。在上個世紀(jì)90年代達到高潮，而今雷達遙感技術(shù)已經(jīng)是廣泛應(yīng)用的一個重要的遙感手段。微波遙感因其電磁波波長比較長，對地物具有一定的穿透能力

2、，可以穿透森林冠層，對森林生物量的主體樹干產(chǎn)生反射作用而被用于對森林環(huán)境的監(jiān)測。然而，基于電磁波原理和輻射傳輸理論的機理模型在開發(fā)和應(yīng)用上仍存在很多問題。就應(yīng)用而言，機理模型多由C、C++、FORTRAN語言編寫，多為控制臺應(yīng)用程序。因其沒有良好的可視化界面，造成對模型的每次使用，都需要對模型源代碼文件進行參數(shù)數(shù)值的修改。非專業(yè)人員，在模型的學(xué)習(xí)和使用上都較難掌握。這就對微波輻射傳輸模型的使用和傳播帶來了很大的不便。完善機理模型對其進行

3、可視化開發(fā)，有著重要的應(yīng)用推廣和技術(shù)研究意義。本論文的研究內(nèi)容分為兩個部分:微波散射模型可視化開發(fā)、森林生物量估算。本文通過運用C#、FORTRAN和MATLAB三門編程語言，對微波散射模型正演模擬和結(jié)構(gòu)參數(shù)反演模擬分別進行相應(yīng)源代碼的編寫工作。把雷達微波散射模型和ALOS PALSAR雷達影像數(shù)據(jù)應(yīng)用于大興安嶺圖強林業(yè)局，估算其林業(yè)局林區(qū)的森林生物量。研究結(jié)果如下：
　　(1)機理模型可視化界面開發(fā)語言選用C#語言，程序編輯器平

4、臺選用Microsoft Visual Studio2010編輯器；模型核心算法改進開發(fā)語言選用FORTRAN語言，程序編輯器平臺選用Intel Visual Fortran2011，有效的可視化界面大大提高了模型操作效率，起到對模型內(nèi)核算法的保護和封裝。
　　(2)本研究充分考慮了L波段微波信號與森林冠層各組分的相互作用，對原有微波冠層散射模型進行了可視化的改進，實現(xiàn)了對森林總體散射特性的模擬。改進的模型在可視化方面得到了很大的

5、提高。
　　(3)利用MATLAB編譯平臺的遺傳算法（Genetic Algorithm，GA）優(yōu)化工具包，對ALOS PALSAR影像數(shù)據(jù)進行森林結(jié)構(gòu)參數(shù)反演制圖，估算的森林生物量存在一定的誤差，將在后續(xù)研究中繼續(xù)完善。
　　(4)ALOS/PALSAR具有獲取多種空間分辨率（6.25-100M）和幅寬范圍（35-350KM）數(shù)據(jù)的能力。隨著ALOS-2的發(fā)射計劃的實施，PALSAR數(shù)據(jù)的空間分辨率（1-3M）、時相分辨率