【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】城市樹木在緩解熱島效應(yīng)、提升居民福祉、儲存碳匯等方面具有重要作用，而樹冠高度是評估城市森林結(jié)構(gòu)與生態(tài)服務(wù)的關(guān)鍵參數(shù)。近年來，大尺度、開源的樹冠高度模型(Canopy Height Models, CHMs)為獲取城市樹木高度提供了潛在替代方案，有望在一定程度上補(bǔ)充機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)。然而，這些產(chǎn)品在復(fù)雜城市環(huán)境中的適用性和精度仍缺乏系統(tǒng)評估。
 

　　基于此，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所唐立娜研究組聯(lián)合比利時布魯塞爾自由大學(xué)、美國普渡大學(xué)等單位，利用華盛頓特區(qū)高精度機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)，對四種最新的大尺度CHM(Potapov、Lang、Tolan和Malambo)在城市環(huán)境中的表現(xiàn)進(jìn)行了全面評估，并在全球范圍內(nèi)布魯塞爾、墨爾本、基奇納和圣保羅四個城市開展了驗證對比。研究發(fā)現(xiàn)，這些CHM在城市樹冠分類和高度預(yù)測中均存在系統(tǒng)性局限：普遍出現(xiàn)低樹冠高度被高估、高樹冠高度被低估(OLUH效應(yīng))，并在城市—森林邊緣區(qū)域呈現(xiàn)明顯空間聚集誤差。其中，只有Lang CHM在統(tǒng)計一致性檢驗中表現(xiàn)合格，整體精度最高；Tolan CHM在樹冠分類精度上表現(xiàn)最佳，但仍存在一定偏差。研究還通過可解釋機(jī)器學(xué)習(xí)揭示，樹冠高度本身是誤差的主要驅(qū)動因素，其次是地形與建成環(huán)境特征。這些結(jié)果表明，現(xiàn)有大尺度CHM尚難滿足精細(xì)化城市林業(yè)管理對空間精度和情境適應(yīng)性的要求，高精度機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)在城市樹冠高度測量中依然不可替代。
 

　　該研究成果以High-precision airborne LiDAR remains essential for urban forestry: Revealing the limitations of recent large-scale canopy height products in urban contexts為題，發(fā)表于遙感領(lǐng)域權(quán)威期刊International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation。中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所2021級博士研究生董鶴松為第一作者，唐立娜研究員為通訊作者，美國普渡大學(xué)邵國凡教授對本研究提供了全面指導(dǎo)。研究工作獲得國家自然科學(xué)基金(32471632、42307591)和中科院城市環(huán)境研究所“揭榜掛帥”項目(IUE-JFGS-202207)的支持。

 

　　四種待評價的樹冠高度模型在公園連續(xù)樹冠區(qū)(上)和行道樹離散樹冠區(qū)(下)的樹冠識別能力對比
 

四種待評價樹冠高度模型水平異質(zhì)性的典型剖面對比