INDIVIDUAL TREE-BASED FOREST SPECIES DIVERSITY ESTIMATION USING UAV-BORNE HYPERSPECTRAL AND LIDAR DATA

高光谱成像 物种丰富度 聚类分析 多样性指数 生物多样性 激光雷达 公制(单位) 树(集合论) 遥感 计算机科学 环境科学 地理 生态学 数学 人工智能 生物 工程类 数学分析 运营管理
作者
Zhaoju Zheng,Xiangchun Li,Chen Xu,Peng Zhao,Jianping Chen,Jie Wu,Xue Qiang Zhao,Xihan Mu,Dan Zhao,Yuan Zeng
出处
期刊:The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences 卷期号:XLVIII-1/W2-2023: 1929-1934
标识
DOI:10.5194/isprs-archives-xlviii-1-w2-2023-1929-2023
摘要

Abstract. Forest biodiversity is essential in maintaining ecosystem functions and services. Recently, unmanned aerial vehicle (UAV) remote sensing technology has emerged as a cost-effective and flexible tool for biodiversity monitoring. In this study, we compared the optimal clustering algorithm, classification method (spectral angle mapper, SAM), spectral diversity metric and structural heterogeneity index for forest species diversity estimation in two complex subtropical forests, Mazongling (MZL) and Gonggashan (GGS) National Nature Forest Reserves in China, using UAV-borne hyperspectral and LiDAR data. The results showed that the SAM classification method performed better with higher values of R2 than the clustering algorithm for predicting both species richness (MZL: 0.62 > 0.46 and GGS: 0.55 > 0.46) and Shannon-Wiener index (MZL: 0.64 > 0.58 and GGS: 0.52 > 0.47), while the optimal clustering algorithm had the highest prediction accuracy for the Simpson index, followed by the SAM classification method, spectral diversity metric and structural heterogeneity index (MZL: 0.83>0.44>0.31>0.12, GGS: 0.62>0.44>0.38>0.00). Our study indicated that the SAM classification method had the advantage of identifying rare species and estimating species richness, while the clustering method could capture forest diversity patterns rapidly without distinguishing the specific tree species and predict the Simpson index more accurately. Overall, both clustering and classification methods exhibited superior performance compared to spectral or structural diversity indices. Our findings highlight the applicability of UAV remote sensing in monitoring forest species diversity in complex subtropical forests.

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