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《中国林业科学研究院》 2001年
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用非线性理论研究以“3S”为基础的森林蓄积定量估测

李崇贵  
【摘要】: 本文以现代空间科学及计算机科学为基础,根据少量地面样地对应的遥感(RS)和GIS信息,采用非线性理论建立以像元为单位的森林郁闭度及蓄积定量估测方程和神经网络模型,借助仿真方式预报估测区域非样地对应像元的蓄积,通过像元积分,实现森林总蓄积估测。主要研究内容、方法及结论如下: 主要研究内容: (1)以遥感和GIS信息为基础,确定森林蓄积定量估测变量的设置,筛选影响蓄积估测的主要变量: (2)传统最小二乘原理及线性模型用于森林蓄积定量估测存在的缺陷; (3)异常值及复共线性对蓄积估测造成的不利影响及克服方法: (4)遥感区域大小对空间配准及蓄积估测的影响,GPS卫星定位技术在蓄积估测中的应用; (5)地面样地对应的遥感信息及GIS因子的提取方法; (6)以“3S”为基础的森林蓄积定量估测所需最低地面调查工作量的确定; (7)GPS坐标与国家80、北京54及独立坐标间的转换模型及转换精度; (8)神经网络在蓄积定量估测中的应用; (9)落实到地段的森林蓄积定量估测; 主要研究方法: (1)用岭迹分析及平均残差平方和准则筛选影响蓄积估测的主要因子; (2)用岭估计及稳健估计测估测森林郁闭度及蓄积; (3)用改进的BP神经网络进行森林蓄积定量估测; (4)用径向基网络研究落实到地段的森林蓄积定量估测; 主要研究结论: (1)以少量地面样地对应的遥感和GIS信息为基础,建立以像元为单位的森林郁闭度及蓄积估测方程,可有效预报森林总蓄积及郁闭度。 (2)在影响蓄积估测的遥感和GIS信息中,遥感信息是基础,郁闭度、有林地、坡向、海拔等GIS因子也起非常重要的作用。遥感信息和GIS信息相结合,才能有效进行蓄积定量估测。 (3)采用岭迹分析及平均残差平方和准则有效解决了影响郁闭度及蓄积估测主要变量的筛选问题。能从较多可能影响郁闭度及蓄积估测的遥感和GIS因子中,选择主要影响因子,剔除没有影响或影响很小的因子,使所建估测方程的稳定性、可靠性及预报精度得到较大提高。 (4)通过实例验证了抽取传统方法30%~40%左右的样地,就能有效估测森林郁闭度及总蓄积。 (5)无论是采用岭迹分析还是平均残差平方和准则,所选变量间可能存在一定程度的 摘要 夏广线性,当影响蓄积估测的主要变量问存在复共线关系时,直采用岭估汁代曾卜S估汁, 建立森休郁闭度及蓄积估测方程。 (6)岭估汁是有偏估计,只有当影响郁闭度及蓄积估测的主要变量问存在比较严重的 夏共线性时才宜采用,否则会使估测精度降低。使用岭估计时,岭参数的选择主要以岭迹 法为主,以总预报偏差相对误差最小法作参考。稳健估计可改善异常值对蓄积估测的影响, 提高蓄积估测精度。 (7)遥感回像几何精校正精度对森林郁闭度及蓄积估测精度影响较大,饺正精度愈高, 郁闭度及蓄积估测精度就愈高。 (8)若采用 卜50000 比例尺地形图进行几何精校正,由于受地物点测绘误差、地形图 上列点误差。图解误差、遥感图像上对点误差及不同图幅地形图误差积累的影l响,对整幅 TM遥感图像进行几何精校正,从理论上分析很难达到一个像元以内的精度要求。为有效 提取建立估测方程所用样地对应的遥感信息,遥感图像几何精校正精度应达到一个像元以 内的要求,为此需对整幅TM图像进行分块校正。 (9)根据统计学原理,用于建立郁闭度及蓄积估测方程的样地数不能太少。但因在相 对较小的区域内,森林群落的类型比较接近,综合考虑这2种因素及生产效率,通过实验 研究,在实际生产中应将整幅TM遥感图像等分成4块,对每块单独进行校正,并进行森 林资源定量估测。 (仰 Gamnn-12XL手持式GPS卫星定位接收机在林区定位速度快,精度高、稳定性好。 利用手持式卫星定位接收机测定一定数量的校正点及地面调查样地中心的坐标.可保证建 立估测方程所用样地对应遥感信息的有效提取,以提高估测精度。 (*利用神经网络研究以遥感和GIS为基础的森林郁闭度定量估测,无需事先确定估 测摸型。设计3层BP网络,利用少量样地对应的遥感和GIS信息作为网络输入,以相应 样地对应的郁闭度作为期望输出,采用改进的BP算法对网络进行训练,根据训练结柬后 的网络,借助仿真方式可有效估测森林郁闭度,精度满足生产要求。 (ID若采用BP网络,无论是估测郁闭度还是蓄积,都必须设计3层网络,且第1、二 层神经元转换函数宜采用“ hos吟’。输出层神经元转换函数,郁闭度估测直采用“ IOgS。g”; 蓄积估测直采用“purelln’。 (l)当根据少量地面调查样地对应的遥感和GIS信息训练网络时,无需采用任何数学 方法筛选主要信息,神经网络能自动从冗余信息中提取有用信息。因此,采用神经网络可 避免信息筛选造成的有用信启、损夫。训练神经网络的输入信息必须进行中心标准化。 (* 因林旺或小班范围相对较小,森林类型、分布等因素比较稳定,用神经网络建立 蓄积估测预报网络模型
【学位授予单位】:中国林业科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:S758.5

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 王强;金森;;利用RS和林分因子估测帽儿山林场森林可燃物负荷量[J];东北林业大学学报;2008年09期
2 许炜敏;陈友飞;陈明华;郑丽丹;张清林;;基于BP神经网络的杉木林蓄积量估测研究[J];福建林学院学报;2012年04期
3 郄广平;林辉;孙华;;六株木测树法估测人工杉木林蓄积量的研究[J];林业调查规划;2011年02期
4 赖日文;孟宪宇;;基于RS和GIS林分蓄积预估模型的评价指标因子选择[J];北华大学学报(自然科学版);2007年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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6 何柏华;基于SPOT5影像数据的森林资源分类与蓄积量反演研究[D];南京林业大学;2008年
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9 许炜敏;基于BP神经网络的杉木林蓄积量估测方法研究[D];福建师范大学;2012年
10 丰德恩;森林蓄积量遥感定量估测系统研发[D];西安科技大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 王陆林;刘贵如;蒋朝根;;基于WLAN的嵌入式视频监控系统的研究与设计[J];安防科技;2008年05期
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5 马晓群,张爱民,张家鼎,王效瑞,徐敏;基于GIS的市(县)级旱涝风险区划[J];安徽地质;2002年03期
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9 叶思群;叶伟青;;加强林业生态建设 实现梅州绿色崛起[J];安徽农学通报(上半月刊);2009年05期
10 张莉娜;;土壤表层有机质空间分析的遥感技术应用综述[J];安徽农学通报(上半月刊);2010年17期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 潘振祥;段嵘峰;曹千红;杨大志;;高分辨率卫星影像GPS像控点数据库建设研究[A];河南省地质调查与研究通报2007年卷(上册)[C];2007年
2 韩春建;宋建军;刘德元;姜敏德;李萍;张敬凯;郑琳;;郑州市城市化过程中城市地质信息化建设初探[A];河南地球科学通报2011年卷(下册)[C];2011年
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4 杨洁;王朝辉;;遥感监测中变化信息提取的方法探讨[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
5 卢刚;赖震刚;;控制点影像库的设计与实现[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
6 陈飞宇;;无人驾驶飞机在四川国土资源管理中的应用[A];2011四川省水文、工程、环境地质学术交流会论文集[C];2011年
7 孔维玮;先治文;张代兵;;无人机垂直起降视觉自主导航系统的设计与实现[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年
8 熊俊;杜元灏;;运用模糊综合评判技术构建针灸效能等级病谱[A];2011中国针灸学会年会论文集(摘要)[C];2011年
9 张博平;李亚智;张开达;;神经网络在复合材料层合板刚度退化中的应用[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
10 王斐斐;魏建兵;文雅;吴志峰;;遥感湿地信息提取方法研究评述[A];全国国土资源与环境遥感应用技术研讨会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 穆振侠;高寒山区降水垂直分布规律及融雪径流模拟研究[D];新疆农业大学;2010年
2 陈绍志;公益林建设市场化研究[D];北京林业大学;2011年
3 邓睿;多源遥感数据和GIS支持下的台风影响研究[D];浙江大学;2010年
4 杨天池;单站定位的散射信息几何构造法[D];解放军信息工程大学;2009年
5 王晓理;地理信息数据结构处理优化应用研究[D];解放军信息工程大学;2010年
6 徐国端;青海祁漫塔格多金属成矿带典型矿床地质地球化学研究[D];昆明理工大学;2010年
7 车勇;轮胎噪声的预测方法与试验研究及优化设计[D];武汉理工大学;2010年
8 栾小丽;基于神经网络的复杂非线性系统鲁棒控制与滤波研究[D];江南大学;2010年
9 肖英;基于“两型”城市构建的长沙城市森林研究[D];中南林业科技大学;2010年
10 桂胜;地表净辐射的卫星遥感研究[D];武汉大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李承力;丹江口库区作物轮作系统生产力和养分流失特征及麦套稻施肥研究[D];华中农业大学;2010年
2 黄昆学;GPS激光测距系统的算法研究及实现[D];山东科技大学;2010年
3 谷守周;GPS/GALILEO完备性算法研究及软件实现[D];山东科技大学;2010年
4 益鹏举;低轨遥感卫星精密定轨研究[D];山东科技大学;2010年
5 冯彦平;矿山开采影响下的环境遥感监测与评价[D];山东科技大学;2010年
6 侯洪升;基于SPOT5高分辨率影像的城市新增建设用地监测研究[D];山东农业大学;2009年
7 胡春梅;基于数据源优化的高光谱图像异常检测算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 刘苹;q元[n,2]线性码和二元[n,3]线性码的广义汉明重量谱[D];辽宁师范大学;2010年
9 任纪庆;水下多目标定位仿真研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 张建平;科尔沁沙地土壤表层水分遥感反演模型研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 章礼拐;汪乃武;魏志刚;胡陶;;利用TM图象进行二类调查中的分层抽样技术[J];安徽林业科技;2000年02期
2 倪金凤;杉木实生林断面积与蓄积量相关方程的建立及应用[J];安徽林业;1998年05期
3 程武学;杨存建;周介铭;周万村;刘悦翠;;森林蓄积量遥感定量估测研究综述[J];安徽农业科学;2009年16期
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5 王文宇;李博;;基于eCogniton的高分辨率遥感图像的自动识别分类技术[J];北京建筑工程学院学报;2006年04期
6 李芝喜,曹宁湘,王维勤,郭映笙,张伯玉;利用遥感技术多阶不等概抽样清查森林资源[J];北京林学院学报;1985年02期
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8 李崇贵,赵宪文,蔡体久;遥感区域大小对森林蓄积估测影响规律的研究[J];北京林业大学学报;2001年04期
9 冯仲科,殷嘉俭,贾建华,南永天;数字近景摄影测量用于森林固定样地测树的研究[J];北京林业大学学报;2001年05期
10 赵宪文,李崇贵,斯林,袁凯先,田永林;基于信息技术的森林资源调查新体系[J];北京林业大学学报;2002年Z1期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王雪晶;彩色线阵CCD遥感图像的校正[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2002年
2 查勇;草地植被变化遥感监测方法研究[D];南京师范大学;2003年
3 黄慧萍;面向对象影像分析中的尺度问题研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2003年
4 高志海;基于RS和GIS的绿洲植被与荒漠化动态研究[D];北京林业大学;2003年
5 黄家荣;马尾松人工林生长的人工神经网络模型研究[D];北京林业大学;2005年
6 李明诗;基于ASTER遥感数据的建湖县杨树信息提取的研究[D];南京林业大学;2005年
7 宋江洪;遥感图像处理软件中的关键技术研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2005年
8 邢艳秋;基于RS和GIS东北天然林区域森林生物量及碳贮量估测研究[D];东北林业大学;2005年
9 程昌秀;3S技术在县级土地利用变更调查中的应用研究[D];中国农业大学;2001年
10 谭炳香;高光谱遥感森林类型识别及其郁闭度定量估测研究[D];中国林业科学研究院;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 施拥军;森林遥感分类技术研究——以浙西北山区为例[D];浙江大学;2003年
2 赵立军;基于MODIS数据的北京地区土壤含水量遥感信息模型研究[D];中国农业大学;2004年
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4 张宏杰;电阻点焊质量在线监测方法的研究[D];兰州理工大学;2005年
5 徐达;中山陵景区SPOT5融合及分类技术研究[D];南京林业大学;2005年
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7 杨蕾;基于Spot5遥感影像提取水土保持信息的研究[D];西北大学;2006年
8 陈鑫;基于决策树技术的遥感影像分类研究[D];南京林业大学;2006年
9 杨志刚;纹理信息在遥感影像分类中的应用[D];南京林业大学;2006年
10 张黎宁;基于像素层的SPOT5全色与多光谱影像融合研究[D];南京林业大学;2006年
【二级引证文献】
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1 朱磊;张怀清;林辉;蒋娴;;基于GDI+技术的林分结构可视化技术研究[J];安徽农业科学;2011年09期
2 许炜敏;孙开铭;陈友飞;林广发;郑丽丹;丁凤;;杉木林蓄积量估测的因子选择研究[J];亚热带资源与环境学报;2012年02期
3 郑德祥;赖晓燕;廖晓丽;;基于贝叶斯正则化BP神经网络的森林资源资产批量评估研究[J];福建林学院学报;2013年02期
4 孙开铭;;不同生长期杉木植被指数与蓄积量的关系[J];福建林学院学报;2013年03期
5 朱磊;张怀清;林辉;蒋娴;;基于GDI~+技术的林分结构可视化技术研究(英文)[J];Agricultural Science & Technology;2011年01期
6 冯文祥;何静;何小弟;沈冬;董俐;刘超;;CBERS-02星CCD数据在城市绿地信息提取方面的应用——以扬州市为例[J];江苏农业科学;2009年01期
7 洪宇;;虚拟森林建模及其在影视游戏中的应用研究[J];价值工程;2010年28期
8 房媛;王秀兰;冯仲科;王海平;聂敏莉;汪波;;一种基于Quickbird影像提取城市绿地信息的模型算法[J];林业调查规划;2010年04期
9 于楠楠;安慧君;包海青;;基于RS的林分蓄积量估测模型研究——以内蒙古大青山人工油松林为例[J];林业实用技术;2012年05期
10 贺姗姗;张怀清;彭道黎;;林分空间结构可视化研究综述[J];林业科学研究;2008年S1期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 韩静华;森林公园虚拟漫游装置关键技术研究[D];北京林业大学;2011年
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3 张彦林;基于3S技术的山东省森林蓄积量定量估测研究[D];北京林业大学;2008年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 洪宇;虚拟森林建模及其在影视游戏中的应用研究[D];苏州大学;2010年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 武红敢,崔恒建,乔彦友,黄建文,陈林洪,严小君;密郁闭林分针叶林失叶量遥感监测模型初探[J];国土资源遥感;1995年02期
10 吴艾笙,钟强;黑河实验区地表反射率与植被指数的季节变化[J];高原气象;1992年04期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 赵宪文;;提高森林资源监测水平 为实现森林可持续经营服务[A];科技进步与学科发展——“科学技术面向新世纪”学术年会论文集[C];1998年
【相似文献】
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4 彤堂;森调新工具郁闭度测定器[J];中国林业;1995年01期
5 李崇贵,赵宪文;森林郁闭度定量估测遥感比值波段的选择[J];林业科学;2005年04期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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1 本报记者  王悦森 万冲;一个民有林家庭的经营规划[N];黑龙江日报;2006年
2 陈茂春;麦田冬季化学除草效果好[N];农民日报;2005年
3 本报记者 李煊 本报通讯员 梁南洋;“林下经济”增收新亮点[N];河南日报;2006年
4 陈茂春;麦田初春化学除草效果好[N];菏泽日报;2006年
5 记者 牛金辉 整理;荒漠胡杨林更新复壮及恢复技术措施[N];新疆科技报(汉);2008年
6 张志明  ;精细的养管措施[N];中国花卉报;2004年
7 程美玲;小麦冬季除草好[N];农民日报;2005年
8 赵永新;我国森林资源面临四大挑战[N];人民日报;2003年
9 黄月英;松毛虫的综合防治[N];福建科技报;2006年
10 沈建华 刘志国 姚爱民;新农村从“林海经济”破题[N];农民日报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李崇贵;用非线性理论研究以“3S”为基础的森林蓄积定量估测[D];中国林业科学研究院;2001年
2 祁有祥;若干生态参数数字图像测量方法研究[D];北京林业大学;2009年
3 谭炳香;高光谱遥感森林类型识别及其郁闭度定量估测研究[D];中国林业科学研究院;2006年
4 邓广;高空间分辨率遥感影像单株立木识别与树冠分割算法研究[D];中国林业科学研究院;2009年
5 王阗;信息度优先算法及在森林资源统计分析中的应用[D];南京林业大学;2007年
6 徐丽萍;黄土高原地区植被恢复对气候的影响及其互动效应[D];西北农林科技大学;2008年
7 张彦林;基于3S技术的山东省森林蓄积量定量估测研究[D];北京林业大学;2008年
8 李华;原始红松林生态系统水化学特征研究[D];东北林业大学;2008年
9 屈红军;东北林区阔叶红松林恢复途径与优化模式研究[D];东北林业大学;2008年
10 蔡烁;金沟岭林场三种森林类型生物量研究[D];北京林业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈崇;江西省吉安市森林郁闭度动态遥感监测[D];南京大学;2011年
2 彭佳明;新疆昆仑圆柏自然保护区森林资源分类及其郁闭度估测研究[D];新疆师范大学;2012年
3 姜宗香;重庆城市公园植物群落游人舒适度探讨[D];西南大学;2011年
4 赵丽娜;天然白桦林密度效应的研究[D];东北林业大学;2010年
5 丰德恩;森林蓄积量遥感定量估测系统研发[D];西安科技大学;2012年
6 耿建伟;小浪底库区不同郁闭度山毛桃侧柏混交林小气候研究[D];河南农业大学;2011年
7 郭高燕;重庆主城区山地林地复合体及其小气候特点研究[D];西南大学;2010年
8 谢进金;基于遥感抽样技术的平南县森林蓄积量估测[D];中南林业科技大学;2011年
9 张亚萍;天气雷达定量估测降水精度的评估[D];南京气象学院;2002年
10 刘蕾;非均匀林冠降雨截留模型[D];北京林业大学;2007年
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