基于时间序列卫星影像的广西桉树人工林林龄估测研究

来源 :桂林理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xaly001
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
广西桉树占全国林地面积的千分之七,却满足了全国四分之一的木材需求,对维护我国木材安全及保护天然林砍伐起到重要作用。我国桉树人工林多以短轮伐期经营为主,而现有森林资源清查数据周期相对较长,数据更新频率难以满足短轮伐桉树人工林经营管理的数据需求。因此,本研究以广西壮族自治区为研究区,以Landsat、Sentinel-2和MODIS数据为基础数据,通过对不同数据源、不同分类算法桉树人工林空间分布提取结果进行对比研究,基于最优模型对2006-2020年桉树人工林空间分布进行逐年提取以实现桉树人工林空间分布的动态变化监测,基于时间序列空间分布提取结果利用Land Trendr算法进行桉树种植区干扰变化监测,同时通过长时间序列空间分布提取结果、Land Trendr算法和CCDC算法分别进行桉树人工林年林龄提取,基于年龄估测结果,利用数据融合算法将Landsat与MODIS数据进行融合处理以生成桉树砍伐年内的月尺度影像数据,根据桉树在砍伐和种植时NBR指数下落至全年最低点的变化规律构建桉树人工林月林龄估测模型以期实现桉树人工林月林龄精确估测,以其为短轮伐期桉树人工林经营管理提供数据支撑,进而实现桉树资源可持续发展,研究所得结论主要如下:(1)不同数据源、不同算法对桉树人工林空间分布提取结果影响不同。在随机森林、梯度提升决策树、支持向量机、决策树四种算法中随机森林算法提取结果精度最高,整体精度为91.07%,Kappa系数为0.86,梯度提升决策树结果次之,整体精度为86.93%,Kappa系数为0.80,支持向量机结果相对最差,整体精度仅为73.23%,Kappa系数为0.70。在Landsat-8、Sentinel-2和MODIS三种影像数据中,基于Landsat-8影像的随机森林算法提取结果精度最高,整体精度为91.07%,Kappa系数为0.86,基于Sentinel-2影像结果次之,整体精度为86.62%,Kappa系数为0.85,基于MODIS数据结果最差,整体精度为77.24%,Kappa系数为0.76,结果表明基于Landsat-8影像的随机森林算法能够实现桉树人工林空间分布的准确提取,可为基于时间序列影像的桉树人工林空间分布动态变化监测提供方法支撑。(2)时间序列桉树人工林空间分布动态变化监测结果表明2006年至2020年间桉树人工林面积整体呈先增加后减少至稳定的趋势。如:2006年桉树面积为6584km~2,2008年因南方受特大雪灾影响面积相比2007年有所下降,减少了480km~2,之后桉树面积呈逐年增加,至2015年面积达到局部最大,为22881km~2,之后整体处于下降趋势并趋于稳定,其中2018年相对比较特殊,面积出现突然上升,达到26304km~2。同时,经对比发现基于时间序列卫星影像桉树人工林面积提取结果与其他研究及年鉴统计结果大致相同,结果表明时间序列桉树人工林空间分布结果可为后续干扰变化监测及年林龄提取提供基础数据。(3)LandTrendr算法能够监测桉树人工林干扰发生的时间及区域,总体监测精度为87%。基于Land Trendr算法桉树人工林干扰监测结果表明2007年至2020年广西桉树种植区干扰以轻度干扰为主,发生过轻度干扰的区域面积有3.2098万km~2,发生过重度干扰的区域有1.3804万km~2。在桉树种植区内NBR变化幅度最大的干扰事件中,2011年干扰面积最大为466.842km~2,干扰面积最小的年份在2018年,为1546.354km~2,既发生过轻度干扰又发生过重度干扰的区域有0.7141万km~2。(4)基于桉树砍伐前后时间序列植被指数变化能够实现桉树人工林年/月林龄的精确估测,其中,CCDC算法估测桉树轮伐人工林年林龄精度最高,为87.33%,2020年全区桉树人工林年林龄主要集中于1至8年,占全区桉树总面积的71.34%,其中小于2年的桉树人工林占全区总面积38.2%,15年以上桉树人工林仅占1.4%。基于年林龄估测结果,利用数据融合算法将Landsat与MODIS数据进行融合处理可得桉树人工林精确月林龄,其中月林龄多集中于3个月至8个月间,砍伐和种植时间较多分布在5至10月,这与实际调查结果一致,结果表明基于时间序列Landsat影像数据能够实现桉树人工林年尺度及月尺度林龄的精确提取,可为短轮伐期桉树人工林经营提供及时的数据支撑。
其他文献
差分进化算法在处理复杂的非线性、不可微等高维复杂优化问题上有较强的全局寻优能力,但其存在搜索与收敛能力互相矛盾的现象,容易引起种群个体早熟、搜索停滞等问题。针对这些不足,本文将经济学中的耦合协调度模型与差分进化算法相结合,分别从变异算子改进、选择算子改进和自适应选择变异算子角度研究差分进化算法,提升差分进化算法的性能。本文的研究内容如下:(1)基于耦合协调变异策略的差分进化算法研究。为了解决差分进
学位
化学计量学是通过综合运用数学、统计学等学科的方法对实验数据进行分析和整理,得到有关物质成分信息的推断和预测。近红外光谱分析(NIR)是一项快速、绿色、高效的检测技术,光谱分析技术的实现依赖化学计量学方法对数据进行筛选、分类和建模等处理。由于光谱数据普遍具有较高共线性的特点,在建立NIR光谱多元校正模型时需要进行光谱特征筛选。群智能优化算法作为有效的统计分析工具和波长组合优化方法,对提高NIR光谱分
学位
Kirchhoff型方程的解的存在性是偏微分方程中重要的经典问题之一,其最早是用于描述物理学中可伸缩绳横向自由振动所引起的变化,其后广泛应用于宇宙物理、弹性理论和非牛顿力学等其他领域.本文主要利用临界点理论、Nehari流形、Pohoˇzaev恒等式研究了几类Kirchhoff型方程的基态解、变号解的存在性,并获得了一些主要结果,具体如下:在第一章中,给出了Kirchhoff型方程的研究背景以及现
学位
靖江王府是全国唯一保存完好的明代藩王府邸。而桂林是国际著名旅游城市,靖江王府在桂林城市文化景观发展中,留存了众多的历史遗迹与景观建筑。然而,明代至今,靖江王府景观原真性在发展过程中,有遭到不同程度破坏,且在遗产认知及景观原真性保护上的研究相对有限。因此,本文通过遗产认知的时空维度,分析桂林靖江王府景观遗产现状及原真性保护问题,提出相应的保护措施,传承明代桂林靖江王府景观原真性。桂林靖江王府是广西地
学位
为了分析大数据环境下供应链领域的研究趋势,收集了2000年至2020年Web of Science数据库的812篇文献,并进行了主路径分析和主题演化分析,发现该领域的研究脉络为前期偏好于利用社交媒体数据对供应链进行改良,后期转向探讨供应链的环境问题,并且消费者感知对绿色供应链的构建存在一定影响;学者们越来越致力于对供应链风险的研究,这一主题也在新冠疫情的背景下受到广泛关注;大数据技术不但可以直接运
期刊
沼泽植被和水文的相互作用已经成为生态系统领域研究的热点之一。本文以洪河国家级自然保护区为研究区,以1985-2021年Landsat系列和Sentinel-1 SAR时序影像为数据源,基于Google Earth Engine平台,利用Land Trendr和CCDC算法构建高精度的沼泽植被和水文遥感时空监测模型,引入随机森林(RF)算法对CCDC时序变化监测结果进行分类,探究沼泽植被和水文近36
学位
街道景观结构类型和表现的多元化导致了街道景观设计的复杂性,为了满足城市居民的不同需求和城市发展的迫切需要,设计者需要采用更灵活更普适的设计手段,摆正“人”在街道结构中的主体地位,在设计中引入环境行为学理论,通过研究使用者行为因素和街道景观的潜在关系,更客观全面地展现城市公共空间的本质特点。本文以桂林市中心区内5大类典型街道样地为例,通过拍照、行为地图标注、实时数据采集等方式对研究街段进行实地调研,
学位
基于高分辨率光学图像的遥感建筑物提取是遥感领域的基础应用,高分辨率带来的细粒度纹理特征为区分建筑物与其他地物类别提供鉴别条件。然而,在遥感图像分割任务中,存在高分辨率光学图像难以获取、人工标注建筑物样本的劳动力成本较高等问题。因此,针对遥感建筑物提取开发一套高效且低成本的语义分割算法拥有重要意义。本文重点研究如何在训练样本极其稀少的情况下,训练出高精度的语义分割模型。语义分割任务中的训练样本较少时
学位
对流层延迟是影响全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)收敛速度和定位精度的关键因素之一。随着大气再分析资料在时间和空间分辨率上得到相当大的提高,可以从再分析资料中获取高精度的对流层延迟信息。同时,将大气再分析资料计算所得的对流层延迟产品应用于GNSS PPP也成为了
学位
光谱指数是光学遥感技术中广泛使用的数据处理方式,使用光谱指数可以快速地从复杂的光谱数据中提取出与研究目标相关的信息。相比于原始波段,光谱指数是更接近于研究目标的特征,在地物分类、变化监测以及生物变量反演等遥感应用中经常使用光谱指数代替原始波段作为输入特征。然而,如何为不同遥感应用选择最合适的光谱指数是个难题。因此,有必要发展因地制宜的光谱指数设计方法以应对遥感应用的需求。传统基于人工经验设计光谱指
学位