基于卫星影像分析的天然林干扰历史重建方法及系统与流程

本发明涉及卫星遥感林业，特别是指基于卫星影像分析的天然林干扰历史重建方法及系统。

背景技术：

1、在南方天然阔叶混交林区，台风、暴雨诱发的滑坡及风倒是主要的天然干扰类型之一。干扰发生后，林冠层遭到破坏形成条带状或斑块状空隙，倒木、枯落物与裸露土壤交错分布，构成独特的地表微地形特征，历史干扰事件的时空分布信息对森林演替研究、碳循环评估和生态恢复规划具有重要价值。对南方典型天然阔叶混交林区的干扰历史进行调查时，有时采用传统野外样地调查方法：研究人员沿预设样线穿越倒木堆积区和滑坡沟槽，使用gps记录干扰边界，通过钻取树木年轮样本交叉定年推断干扰发生年份，此类调查通常覆盖面积较大，耗时较长，需要投入较多人力。

2、传统野外调查方法在调查范围受地形可达性限制，陡峭沟槽和密林倒木堆积区等区域难以全面覆盖，空间覆盖的完整性较难保证；年轮定年方法对活立木样本的依赖较强，在追溯较早年份的干扰事件时，受存活样本数量的制约，时间重建的连续性可能受到影响；调查结果一定程度上会因判读人员的经验差异而有所不同。因此，基于光学卫星影像自动提取林冠空隙、识别滑坡等干扰形成的微地形特征并重建干扰历史的方法，仍具有进一步研发与完善的空间。

技术实现思路

1、本发明提供了基于卫星影像分析的天然林干扰历史重建方法及系统，本发明提升了空间覆盖、识别准确性与时间连续性。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，基于卫星影像分析的天然林干扰历史重建方法，所述方法包括：

4、根据天然阔叶混交林区多时相光学卫星影像，提取林冠空隙边界，得到空隙轮廓；根据空隙轮廓，计算边界曲率极值点构建初始多边形，提取内接圆圆心连线生成骨架线，计算骨架线分支长度与夹角，得到主骨架线；

5、根据主骨架线，识别尖端指向坡上方的v型几何边缘，得到干扰候选区；根据干扰候选区，计算红绿波段反射差异量沿v型边缘法线方向的逐像素跌落幅度，得到坡面阴影叠加裸土混合特征；

6、根据坡面阴影叠加裸土混合特征，提取内部短波红外反射量高低相间的条带状纹理，得到倒木叠加枯落物交替微地形特征；根据主骨架线和倒木叠加枯落物交替微地形特征，确定沟槽走向形态边界；

7、根据沟槽走向形态边界，将干扰候选区划分为干扰像元子集，得到干扰类型分类结果；根据干扰类型分类结果，在干扰像元子集内逐期累加短波红外反射量期段变化量，得到林冠扰动恢复累积量；

8、根据林冠扰动恢复累积量，确定植被光谱恢复稳定的临界时相，得到干扰发生时间窗口；根据干扰发生时间窗口，映射干扰类型分类结果，生成天然林干扰历史重建序列，得到重建结果。

9、第二方面，基于卫星影像分析的天然林干扰历史重建系统，包括：

10、提取模块，用于根据天然阔叶混交林区多时相光学卫星影像，提取林冠空隙边界，得到空隙轮廓；根据空隙轮廓，计算边界曲率极值点构建初始多边形，提取内接圆圆心连线生成骨架线，计算骨架线分支长度与夹角，得到主骨架线；

11、识别模块，用于根据主骨架线，识别尖端指向坡上方的v型几何边缘，得到干扰候选区；根据干扰候选区，计算红绿波段反射差异量沿v型边缘法线方向的逐像素跌落幅度，得到坡面阴影叠加裸土混合特征；

12、确定模块，用于根据坡面阴影叠加裸土混合特征，提取内部短波红外反射量高低相间的条带状纹理，得到倒木叠加枯落物交替微地形特征；根据主骨架线和倒木叠加枯落物交替微地形特征，确定沟槽走向形态边界；

13、划分模块，用于根据沟槽走向形态边界，将干扰候选区划分为干扰像元子集，得到干扰类型分类结果；根据干扰类型分类结果，在干扰像元子集内逐期累加短波红外反射量期段变化量，得到林冠扰动恢复累积量；

14、映射模块，用于根据林冠扰动恢复累积量，确定植被光谱恢复稳定的临界时相，得到干扰发生时间窗口；根据干扰发生时间窗口，映射干扰类型分类结果，生成天然林干扰历史重建序列，得到重建结果。

15、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

16、通过多时相光学卫星影像自动提取林冠空隙并构建主骨架线，实现大范围干扰区域识别，克服了传统调查受地形可达性限制的问题，提升了空间覆盖完整性与调查效率；通过计算红绿波段反射差异量沿v型边缘法线方向的跌落幅度，提取坡面阴影叠加裸土混合特征，并结合短波红外反射量高低相间的条带状纹理识别倒木与枯落物交替微地形，从而准确刻画台风、暴雨诱发的滑坡及风倒干扰特征，提高了识别客观性与准确性；

17、通过逐期累加短波红外反射量变化，得到林冠扰动恢复累积量并据此确定植被光谱恢复稳定的临界时相，进而反演干扰发生时间，有效克服了年轮定年对存活样本的依赖，保证了时间重建的连续性；通过将干扰发生时间窗口与干扰类型分类结果相映射，自动生成天然林干扰历史重建序列，减少了人为判读的主观差异。

1.基于卫星影像分析的天然林干扰历史重建方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于卫星影像分析的天然林干扰历史重建方法，其特征在于，根据天然阔叶混交林区多时相光学卫星影像，提取林冠空隙边界，得到空隙轮廓；根据空隙轮廓，计算边界曲率极值点构建初始多边形，提取内接圆圆心连线生成骨架线，计算骨架线分支长度与夹角，得到主骨架线，包括：

3.根据权利要求2所述的基于卫星影像分析的天然林干扰历史重建方法，其特征在于，根据主骨架线，识别尖端指向坡上方的v型几何边缘，得到干扰候选区，包括：

4.根据权利要求3所述的基于卫星影像分析的天然林干扰历史重建方法，其特征在于，根据干扰候选区，计算红绿波段反射差异量沿v型边缘法线方向的逐像素跌落幅度，得到坡面阴影叠加裸土混合特征，包括：

5.根据权利要求4所述的基于卫星影像分析的天然林干扰历史重建方法，其特征在于，根据坡面阴影叠加裸土混合特征，提取内部短波红外反射量高低相间的条带状纹理，得到倒木叠加枯落物交替微地形特征；根据主骨架线和倒木叠加枯落物交替微地形特征，确定沟槽走向形态边界，包括：

6.根据权利要求5所述的基于卫星影像分析的天然林干扰历史重建方法，其特征在于，根据沟槽走向形态边界，将干扰候选区划分为干扰像元子集，得到干扰类型分类结果，包括：

7.根据权利要求6所述的基于卫星影像分析的天然林干扰历史重建方法，其特征在于，根据干扰类型分类结果，在干扰像元子集内逐期累加短波红外反射量期段变化量，得到林冠扰动恢复累积量，包括：

8.根据权利要求7所述的基于卫星影像分析的天然林干扰历史重建方法，其特征在于，根据林冠扰动恢复累积量，确定植被光谱恢复稳定的临界时相，得到干扰发生时间窗口，包括：

9.根据权利要求8所述的基于卫星影像分析的天然林干扰历史重建方法，其特征在于，根据干扰发生时间窗口，映射干扰类型分类结果，生成天然林干扰历史重建序列，得到重建结果，包括：

10.基于卫星影像分析的天然林干扰历史重建系统，该系统实现如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，包括：