激光(guāng)雷達技術應用(yòng)于林(lín)業有著(zhe)怎樣的(de)效果？

發布日期：2019-01-02 00:00 浏覽量：11119

由于雷達具有全天候（不怕雲、雨(yǔ)的(de)影(yǐng)響）、全天時(shí)（主動被動都不依賴太陽）、遠(yuǎn)距離和(hé)寬廣觀測帶；具有一定的(de)穿透能力（波長(cháng)越長(cháng)、濕度越小，穿透越深）；能提供一些特殊信息，如海面形狀、海面風速、土壤水(shuǐ)分(fēn)等；還(hái)能提供一些相位信息，如高(gāo)程信息、地形形變信息等優點，使之在軍事偵察、地形測繪、海洋研究等衆多(duō)領域具有重要作用(yòng)和(hé)巨大(dà)的(de)應用(yòng)價值。随著(zhe)遙感技術應用(yòng)日益深入和(hé)成熟，合成孔徑雷達和(hé)激光(guāng)雷達技術已逐漸應用(yòng)到林(lín)業工作中，并取得(de)了(le)突破性進展。

一、雷達成像技術

根據載體不同，雷達可(kě)分(fēn)爲星載雷達、機載雷達和(hé)無人(rén)機載雷達等類型。但不論是哪種方式獲得(de)的(de)雷達影(yǐng)像，其原理(lǐ)都是相同的(de)，即由于地物(wù)目标所處的(de)位置、地物(wù)結構、表面形态和(hé)介電性能等不同，對(duì)雷達波束的(de)反應是不一樣的(de)。同時(shí)不同雷達波段、極化(huà)方式、入射角也(yě)會使地物(wù)産生不同的(de)反應，因而圖像上形成不同的(de)色調和(hé)紋理(lǐ)。

激光(guāng)雷達是激光(guāng)探測及測距系統的(de)簡稱，是一種類似于雷達的(de)主動式遙感技術，但利用(yòng)的(de)是激光(guāng)光(guāng)波而不是無線電波。激光(guāng)具有快(kuài)速、準确地穿透雲層的(de)能力，因此其光(guāng)束能在雲層中傳播，可(kě)以觀測許多(duō)地表特征和(hé)低空大(dà)氣現象。這(zhè)類傳感器對(duì)物(wù)體表面發射激光(guāng)能量脈沖，入射脈沖與地球表面及植被冠層的(de)枝幹、葉相互作用(yòng)後被反射，由激光(guāng)雷達的(de)電波望遠(yuǎn)鏡接收返回的(de)光(guāng)子，記錄脈沖從發射到返回所消耗的(de)時(shí)間，可(kě)獲得(de)傳感器與目标物(wù)之間的(de)距離或範圍，因此也(yě)可(kě)将激光(guāng)雷達技術稱爲“激光(guāng)測高(gāo)法”。由于激光(guāng)雷達極高(gāo)的(de)角分(fēn)辨能力、距離分(fēn)辨能力、抗幹擾能力等獨特的(de)優點，使之可(kě)以高(gāo)精度地獲取地表物(wù)體的(de)高(gāo)度信息。

二、激光(guāng)雷達技術在林(lín)業上的(de)應用(yòng)

激光(guāng)雷達具有極高(gāo)的(de)角分(fēn)辨能力、距離分(fēn)辨能力、抗幹擾能力等獨特的(de)優點，使得(de)激光(guāng)雷達可(kě)以高(gāo)精度地獲取地表物(wù)體的(de)高(gāo)度信息。普通(tōng)的(de)光(guāng)學傳感器隻能用(yòng)于提供森林(lín)水(shuǐ)平分(fēn)布的(de)詳細信息；而激光(guāng)雷達遙感根據采樣方式和(hé)配置不同（離散回波還(hái)是波形激光(guāng)雷達）可(kě)以高(gāo)精度地提供森林(lín)水(shuǐ)平和(hé)垂直分(fēn)布的(de)信息。

用(yòng)于林(lín)業的(de)激光(guāng)雷達主要有2類：記錄完整波形數據的(de)大(dà)光(guāng)斑激光(guāng)雷達與僅記錄少量回波的(de)小光(guāng)斑激光(guāng)雷達。前者主要通(tōng)過回波波形用(yòng)于反演大(dà)範圍森林(lín)的(de)垂直結構與生物(wù)量等參數，後者則利用(yòng)高(gāo)密度的(de)激光(guāng)點雲進行精确的(de)單木(mù)水(shuǐ)平上的(de)高(gāo)度估測等工作。

國外已經将激光(guāng)雷達在林(lín)業上進行了(le)大(dà)量成功的(de)應用(yòng)，利用(yòng)Lidar數據估測如單株木(mù)的(de)樹高(gāo)和(hé)冠幅，林(lín)分(fēn)的(de)平均胸徑、樹高(gāo)和(hé)郁閉度，林(lín)分(fēn)生物(wù)量和(hé)蓄積量以及碳儲量等林(lín)分(fēn)參數，還(hái)可(kě)用(yòng)于監測森林(lín)的(de)健康，确定森林(lín)從大(dà)氣中吸收二氧化(huà)碳的(de)能力。

國内應用(yòng)大(dà)光(guāng)斑激光(guāng)雷達、小光(guāng)斑激光(guāng)雷達以及地面激光(guāng)測距技術的(de)研究也(yě)越來(lái)越多(duō)，反演的(de)森林(lín)參數也(yě)逐漸增加，包括樹高(gāo)、樹冠體積、樹冠表面積、生物(wù)量和(hé)蓄積量等。

三、激光(guāng)雷達應用(yòng)的(de)局限性

盡管Lidar在很多(duō)森林(lín)參數反演上取得(de)了(le)很大(dà)的(de)成功，但其數據有限，成本太高(gāo)，理(lǐ)論體系尚有待進一步完善，缺乏數據分(fēn)析專業處理(lǐ)軟件，反演所需的(de)算(suàn)法及模型仍不成熟。小光(guāng)斑系統需要增大(dà)采樣密度，降低飛(fēi)行高(gāo)度，導緻大(dà)範圍應用(yòng)所需費用(yòng)很高(gāo)；大(dà)光(guāng)斑系統有效地避免了(le)樹頂的(de)錯失，幅寬也(yě)可(kě)以更大(dà)，但太大(dà)的(de)光(guāng)斑會受到林(lín)下(xià)地形和(hé)樹木(mù)空間結構的(de)影(yǐng)響。

總之，作爲一個(gè)新興的(de)技術，雷達技術爲林(lín)業遙感提供了(le)更爲豐富的(de)信息源，給森林(lín)資源清查和(hé)監測工作帶來(lái)了(le)新的(de)契機。激光(guāng)雷達很難提供大(dà)範圍全覆蓋的(de)數據，但可(kě)與其他(tā)遙感技術手段相結合提供更準确、更全面的(de)森林(lín)參數估計，還(hái)可(kě)利用(yòng)高(gāo)精度的(de)激光(guāng)雷達反演的(de)森林(lín)參數作爲其他(tā)遙感手段的(de)訓練數據和(hé)驗證數據。最近幾年發展的(de)地基激光(guāng)雷達系統在樹木(mù)近景測量、木(mù)材質量評價等方面也(yě)展現出了(le)很好的(de)應用(yòng)前景。