Método de inversión y cartografía de la biomasa aérea forestal integrando la interpolación de características de datos de teledetección activos y pasivos y aprendizaje automático

QI Qi ,  

WANG Hongtao ,  

FENG Baokun ,  

WANG Cheng ,  

WANG Yingchen ,  

ZHANG Shuting ,  

摘要

Ante el problema de la escasez espacial de datos de lidar a bordo, este artículo propone un método de fusión de datos multisource basado en la interpolación de características para lograr la cartografía de la biomasa aérea forestal (Aboveground Biomass, AGB) a escala regional. En primer lugar, se extraen parámetros estructurales tridimensionales a escala de píxel a partir de GEDI L2A/L2B e ICESat‑2/ATL08, combinándolos con variables espectrales de Sentinel-2 y factores topográficos para construir el conjunto de datos de variables de características a escala de píxel; en segundo lugar, se realiza un análisis de correlación para eliminar variables con alta colinealidad, se comparan tres algoritmos de regresión: CatBoost (Gradient Boosting de características categóricas), RF (Bosque Aleatorio) y LightGBM (Máquina de Gradient Boosting Ligero), seleccionando el modelo óptimo; luego, basado en la importancia de las características de CatBoost y la explicación SHAP (SHapley Additive exPlanations), se seleccionan variables clave; finalmente, se interpola la característica clave lidar para obtener características raster continuas, y mediante el modelo de regresión óptimo se realiza la cartografía espacial de la biomasa aérea forestal. Los resultados de validación muestran que CatBoost tiene el mejor desempeño en el modelado scala píxel (R²=0.88, RMSE=78.74 Mg/ha, rRMSE=20.93%); la precisión cartográfica espacial basada en la interpolación de características y la fusión de datos multisource es (R²=0.82, RMSE=60.90 Mg/ha, rRMSE=36.54%), con una reducción de aproximadamente 34.7% en rRMSE en comparación con el mapeo basado únicamente en imágenes ópticas de teledetección. La estrategia de interpolación de características para la continuidad espacial de las variables estructurales clave lidar y la fusión con información óptica y topográfica de alta resolución pueden compensar eficazmente la distribución espacial dispersa de los píxeles lidar y la falta de información estructural vertical en las imágenes ópticas, proporcionando una referencia metodológica para la evaluación a gran escala del almacenamiento de carbono forestal y el monitoreo de ecosistemas.

关键词

Encuesta dinámica global de ecosistemas; satélite de hielo, nubes y altitud terrestre; lidar; imágenes ópticas de teledetección; interpolación de características; cartografía de biomasa aérea

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