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(gè)地球系統(tǒng)中對(duì)水、碳和能量的循環(huán)都起著非常重要的作用。同時(shí)，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(guò)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(dá)微波遙感技術(shù)是從20世紀(jì)60年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的，為各先進(jìn)國(guó)家競(jìng)相發(fā)展。在上個(gè)世紀(jì)90年代達(dá)到高潮，而今雷達(dá)遙感技術(shù)已經(jīng)是廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要的遙感手段。微波遙感因其電磁波波長(zhǎng)比較長(zhǎng)，對(duì)地物具有一定的穿透能力

2、，可以穿透森林冠層，對(duì)森林生物量的主體樹(shù)干產(chǎn)生反射作用而被用于對(duì)森林環(huán)境的監(jiān)測(cè)。然而，基于電磁波原理和輻射傳輸理論的機(jī)理模型在開(kāi)發(fā)和應(yīng)用上仍存在很多問(wèn)題。就應(yīng)用而言，機(jī)理模型多由C、C++、FORTRAN語(yǔ)言編寫(xiě)，多為控制臺(tái)應(yīng)用程序。因其沒(méi)有良好的可視化界面，造成對(duì)模型的每次使用，都需要對(duì)模型源代碼文件進(jìn)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(duì)微波輻射傳輸模型的使用和傳播帶來(lái)了很大的不便。完善機(jī)理模型對(duì)其進(jìn)行

3、可視化開(kāi)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?jī)?nèi)容分為兩個(gè)部分:微波散射模型可視化開(kāi)發(fā)、森林生物量估算。本文通過(guò)運(yùn)用C#、FORTRAN和MATLAB三門編程語(yǔ)言，對(duì)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(jìn)行相應(yīng)源代碼的編寫(xiě)工作。把雷達(dá)微波散射模型和ALOS PALSAR雷達(dá)影像數(shù)據(jù)應(yīng)用于大興安嶺圖強(qiáng)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(jī)理模型可視化界面開(kāi)發(fā)語(yǔ)言選用C#語(yǔ)言，程序編輯器平

4、臺(tái)選用Microsoft Visual Studio2010編輯器；模型核心算法改進(jìn)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言選用FORTRAN語(yǔ)言，程序編輯器平臺(tái)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(duì)模型內(nèi)核算法的保護(hù)和封裝。
　　(2)本研究充分考慮了L波段微波信號(hào)與森林冠層各組分的相互作用，對(duì)原有微波冠層散射模型進(jìn)行了可視化的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)森林總體散射特性的模擬。改進(jìn)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(tái)的遺傳算法（Genetic Algorithm，GA）優(yōu)化工具包，對(duì)ALOS PALSAR影像數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)劃的實(shí)施，PALSAR數(shù)據(jù)的空間分辨率（1-3M）、時(shí)相分辨率