国家重点研发计划“典型脆弱生态系统保护与修复”一项青年科学家项目取得重要进展

　　2023年，由遥感与数字地球重点实验室（中国科学院）（以下简称“遥感与数字地球重点实验室”）承研的国家重点研发计划“典型脆弱生态系统保护与修复”重点专项首批青年科学家项目“木本和草本鲜活植物地上生物量无损观测技术与设备”取得一系列突出成果。该项目在基于激光雷达的草地和森林高度监测、基于增强现实的单木胸径和高度实时测量方法等方面取得重要成果。

　　项目发展了基于扫描角度的草地冠层高度校正方法，通过补偿激光雷达在高度估算中的信息损失，实现区域尺度草地冠层高度的精准监测。通过高度校正模型补偿高度损失后的草地冠层高度估算精度得到了显著改善，表明利用LiDAR技术提高草地冠层高度监测精度需要在数据处理中考虑扫描角度的影响。成果已发表在《Frontiers in Plant Science》期刊。

　　无人机LiDAR数据估算草地高度随扫描角度变化（左）；LiDAR数据估算草地高度校正前（中）与校正后验证结果（右）

　　快速准确获取树木结构参数是建立生物量模型和评价树木碳储量的重要基础。项目组提出一项创新性的基于增强现实的单木胸径和高度实时测量方法，开发测量树木胸径和高度手机软件ARTreeWatch，利用手机上摄像头和惯性测量单元（IMU）采集点云数据，并在屏幕上增强现实虚拟的尺子测量胸径和树高。成果发表在生态学和信息学跨学科交叉期刊《Ecological Informatics》。

　　ARTreeWatch与胸径尺测量胸径结果对比

　　ARTreeWatch与全站仪测量树高结果对比

　　准确估算森林地形和冠层高度对于及时了解森林生长状况，获取精确的生物量参数至关重要。项目组开展高分7号(GF-7)卫星激光雷达和立体影像在森林地形和高度测量中的潜力评估。利用机载激光扫描数据生成参考地形和森林垂直信息，在云南省普洱市开展验证试验，取得较高的精度。成果发表在《Geo-spatial Information Science》期刊。

　　立体影像与机载激光雷达数据检测森林高度的对比结果:（(a)样地尺度，(b)小班尺度）

　　“木本和草本鲜活植物地上生物量无损观测技术与设备”项目面向森林和草地生态系统地上生物量无损观测需求，创新提出“密度×体积”的植物地上生物量无损观测技术体系，结合微波+多光谱、地面+近地面多源遥感观测，研究森林和草地鲜活植物地上生物量无损观测技术与设备，支撑森林和草地碳储量精准观测和林草行业高质量发展。项目负责人为遥感与数字地球重点实验室副研究员赵旦。