近日，中国科学院空天信息创新研究院（空天院）副研究员聂胜团队首次构建融合GEDI观测与机载激光雷达模拟波形的森林冠层高度变化提取框架（CSDWC）。
森林冠层高度是地上生物量、碳储量和林分演替的关键结构参数。准确监测其动态变化，对理解森林对气候变化、自然扰动和人类活动的响应具有重要意义。
机载激光雷达能够提供高精度冠层高度模型，但双时相大范围重复航飞成本高、周期长。星载全波形激光雷达GEDI可在全球尺度获取森林垂直结构，但受运行时段和系统定位偏差的影响，难以获得重叠光斑以实现可靠的变化监测。将历史机载点云与GEDI观测结合，只需一次历史航飞和公开星载数据，为冠层高度变化提取提供了一种有效的途径。
当前利用GEDI估算森林冠层高度变化主要存在三方面问题：
一是，GEDI系统定位误差。GEDI光斑存在数米至数十米的系统定位偏差，实际观测位置可能偏离实际足迹，采样到相邻异质林分，误差会进一步传入变化量，影响冠层高度变化的精确提取。
二是，跨传感器观测不一致误差。机载激光雷达与GEDI在光斑尺度、波形形态和观测几何上差异显著，直接使用机载激光雷达参考高度与GEDI相对高度（RH）指标相减，会引入系统偏差，难以作为可靠的变化信号。
三是，GEDI波形中冠层、地面与噪声信号混杂误差。GEDI L2A产品中的相对高度（RH）指标受信号耦合影响，弱冠层回波易与背景噪声混淆，导致冠层顶漏检；地面回波又常与下层冠层重叠，造成地面高程偏差。冠层、地面和噪声信号三者耦合，使传统“先分别提高度、再作差分”的路径难以得到可靠的冠层高度变化。
对此，研究团队首次构建融合GEDI观测与机载激光雷达模拟波形的森林冠层高度变化提取框架（CSDWC）。针对GEDI系统定位误差，研究团队提出DTM高度匹配与地面回波波形匹配相结合的两阶段校正方法（图2）；通过对机载激光雷达进行GEDI波形模拟，削弱跨传感器差异对变化估算的影响；深入分析冠层、地面与噪声信号的耦合误差来源，提出基于波形顶部有效信号差分的冠层高度变化提取方法（图3）。
研究结果表明，在降低地理定位误差和跨传感器误差之后，冠层高度变化估算的剩余偏差主要来自地面高程误提、冠层顶不完全检测和冠层顶漏检。针对这三类误差，本方法通过跨源波形协同，能够更稳定识别淹没在噪声中的弱冠层信号，减轻信号耦合带来的偏差；相较传统的基于GEDI L2A相对高度（RH）指标与机载冠层高度的差分方法，RMSE降低1.92 m（34.04%），MAE降低1.09 m（34.49%）（图4）。
研究成果“CSDWC: A cross-source waveform cooperation method for estimating forest canopy height change from GEDI and airborne LiDAR-simulated waveforms”发表于遥感领域权威期刊《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing》（中国科学院一区Top）。空天院博士赵华晨为第一作者，中国科学院青促会会员、空天院副研究员聂胜为通讯作者。研究工作得到国家重点研发计划项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1109/TGRS.2026.3728003
图1 冠层高度变化提取框架流程图
图2 基于DTM匹配与地面回波匹配的两阶段定位误差校正算法
图3 基于波形顶部有效信号差分的冠层高度变化提取算法
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