近日，中国科学院空天信息创新研究院（空天院）遥感与数字地球全国重点实验室研究员王力团队在高光谱激光雷达林下地表光谱提取与土壤理化参数反演潜力评估方面取得最新进展。
在遥感对地观测当中，许多位于地表的关键土壤、岩石和水体等要素都被植被所遮挡。被动式高光谱遥感获取的是像元范围内立体场景多层要素的混合信号。而激光雷达（LiDAR）作为一种主动式遥感手段，可以精准提取目标的三维结构。近些年，发展的高光谱激光雷达（HSL）拓展了LiDAR的光谱探测能力，为穿透植被冠层提取林下地表光谱提供了可能的手段。
在此背景下，研究团队以林下土壤为例，利用三维辐射传输模型评估了高光谱影像和HSL点云在辐射强度、光谱曲线、光谱指数三个方面的提取能力以及对土壤有机碳和全氮等理化参数的反演潜力。并从理论角度分析了主被动高光谱遥感中林下地表辐射误差的产生机理和差异。
研究结果显示，HSL在植被遮挡和多重散射效应下具有更稳定的土壤探测能力。在较高植被覆盖的情况下，被动高光谱影像中的地表信息易被树冠遮挡，而HSL能够获取整个场景的三维点云及光谱信息，并通过点云滤波获得干净的地面点，同时在光谱信息提取中受多次散射的影响也较小。HSL穿透冠层获取的林下光谱在反演土壤有机碳（R²=0.332）和全氮（R²=0.485）方面也表现出一定的潜力。
本研究表明HSL准确识别不同空间位置光谱信息的能力为森林-土壤系统的三维监测提供了一种有前景的技术方法，为在植被覆盖区域进行连续的土壤评估提供了新的手段，且无需大范围的土壤暴露窗口。
相关成果以“Assessing hyperspectral LiDAR capability for understory soil spectral retrieval and property estimation”为题，发表于国际遥感领域顶级期刊《Remote Sensing of Environment》。空天院博士生郝一硕为论文第一作者，通讯作者包括研究员王力和助理研究员毕恺艺，该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划及空天院自主部署项目等支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.rse.2026.115491
图1 分别从高光谱影像，滤波前、滤波后的HSL点云中得到的NDVI分布图
图2 植被覆盖度分别为（a）0.77、（b）0.38和（c）0.19时，HSL地面点云在有无植被覆盖条件下的回波强度对比
图3 植被覆盖度分别为（a）0.77、（b）0.38和（c）0.19时，高光谱影像地面像元在有无植被覆盖条件下的反射率对比（750~850nm可见多次散射导致的显著信号增强）
图4 使用基于HSL点云的林下光谱构建PLSR模型对SOC和TN进行反演，结果显示（a）反演SOC的R²为0.322，RMSE为3.891 g/kg；（b）反演TN的R²为0.485，RMSE为0.023 %，表现出中等程度的相关性
动态新闻