激光雷达技术及其在林业上的应用
庞　勇1 ,2 　李增元1 　陈尔学1 　孙国清2 ,3
(1. 中国林业科学研究院资源信息研究所　北京100091 ; 　2. 中国科学院遥感应用研究所遥感信息科学开放研究实验室　北京100101 ;
3. Department of Geography , University of Maryland , College Park , MD 20742 USA)
摘　要: 　激光雷达是近年来国际上发展十分迅速的主动遥感技术,在森林参数的定量测量和反演上取得了成功
的应用。激光雷达具有与被动光学遥感不同的成像机理,对植被空间结构和地形的探测能力很强,特别是对森林
高度的探测能力,具有其他遥感数据无法比拟的优势。介绍激光雷达遥感的基本原理、大光斑和小光斑激光雷达
系统的特点,对它们在林业上的应用现状进行评述,重点分析激光雷达反演森林参数的方法,对激光雷达的林业应
用前景进行分析和展望。
关键词: 　激光雷达; 树高; 生物量; 冠层垂直结构; 遥感
中图分类号:TP79 　　　文献标识码:A 　　　文章编号:1001 - 7488 (2005) 03 - 0129 - 08
收稿日期:2004 - 10 - 29 。
基金项目:国家863 计划“遥感数据森林资源定量应用”课题(2002AA133050) 和国家林业局948 课题“高精度激光雷达树高测量技术引进”
(2004 - 4 - 64) 资助。
Lidar Remote Sensing Technology and Its Application in Forestry
Pang Yong1 ,2 　Li Zengyuan1 　Chen Erxue1 　Sun Guoqing2 ,3
(11 Institute of Forest Resource Information Technique , CAF 　Beijing100091 ; 　21 Institute of Remote Sensing Applications ,
Chinese Academy of Sciences 　Beijing100101 ; 　31 Department of Geography , University of Maryland , College Park , MD 20742 USA)
Abstract : 　Lidar (light detection and ranging) remote sensing is a breakthrough of active remote sensing technology in recent
years . It has shown enormous potential for forest parameters retrieval . Lidar remote sensing has the unique advantage of providing
horizontal and vertical information at high accuracies. Especially it can be used to measure forest height directly with
unprecedented accuracy. This article introduces the basic principle of lidar remote sensing and the lidar systems of large footprint
and small footprint . The status of the technology , the retrieval methods of forest parameters such as tree height , biomass , canopy
vertical structure and crown closure , and the prospect of the application of lidar technology in forestry have been reviewed in
detail in this paper.
Key words : 　lidar ; forest height ; biomass ; canopy vertical structure ; remote sensing
森林是陆地上面积最大、分布最广、组成结构最复杂、物质资源最丰富的生态系统,也是自然界功能最完
善的资源库,生物基因库,水、碳、养分及能源储存调节库,对改善生态环境,维护生态平衡具有不可替代的作
用。传统的森林参数测定需要外业实地测量,仅能获得一些点上的数据,不利于研究区域尺度或大范围的森
林参数。随着遥感技术应用日益深入和成熟,遥感技术已经成功用于大区域森林制图、灾害监测等方面,但
定量获取森林高度、生物量等参数的工作直到合成孔径雷达和激光雷达技术的成熟才取得了突破性进展。
成像光谱仪、微波雷达、高分辨率分光计和主动激光雷达是世界各国当前和今后发展的对地观测主要的
4 种手段(郭华东,2001) 。激光是20 世纪60 年代发展起来的一门新学科,在第1 台激光器出现不久,以测距
为主要功能的激光雷达便诞生了(戴永江,2002) 。由于激光雷达极高的角分辨能力、距离分辨能力、抗干扰
能力等独特的优点,使得激光雷达可以高精度地获取地表物体的高度信息。因此,在民用和军事上都已取得
了广泛的的应用。国外已经就激光雷达在林业上的应用进行了大量成功的尝试,尤其是在林木高度测量与
林分垂直结构信息获取方面具有其他遥感技术无可比拟的优势。普通的光学传感器只能用于提供森林水平
分布的详细信息而很难提供垂直分布的信息;而激光雷达遥感根据采样方式和配置不同(离散回波还是波形
激光雷达) 可以高精度地提供森林水平和垂直的信息。