Forest Volume Estimation in Secondary Forests of the Southern Daxing’anling Mountains Using Multi-Source Remote Sensing and Machine Learning
Notice bibliographique
Résumé
Forest volume is an important information for assessing the economic value and carbon sequestration capacity of forest resources and serves as a key indicator for energy flow and biodiversity. Although remote sensing technology is applied to estimate volume, optical remote sensing data have limitations in capturing forest vertical height information and may suffer from reflectance saturation. While LiDAR data can provide more detailed vertical structural information, they come with high processing costs and limited observation range. Therefore, improving the accuracy of volume estimation through multi-source data fusion has become a crucial challenge and research focus in the field of forest remote sensing. In this study, we integrated Sentinel-2 multispectral data, Resource-3 stereoscopic imagery, UAV-based LiDAR data, and field survey data to quantitatively estimate the forest volume in Saihanwula Nature Reserve, located in Inner Mongolia, China, on the southern part of Daxing’anling Mountains. The study evaluated the performance of multi-source remote sensing features by using recursive feature elimination (RFE) to select the most relevant factors and applied four machine learning models—multiple linear regression (MLR), k-nearest neighbors (kNN), random forest (RF), and gradient boosting regression tree (GBRT)—to develop volume estimation models. The evaluation metrics include the coefficient of determination (R2), root mean square error (RMSE), and relative root mean square error (rRMSE). The results show that (1) forest Canopy Height Model (CHM) data were strongly correlated with forest volume, helping to alleviate the reflectance saturation issues inherent in spectral texture data. The fusion of CHM and spectral data resulted in an improved volume estimation model with R2 = 0.75 and RMSE = 8.16 m3/hm2, highlighting the importance of integrating multi-source canopy height information for more accurate volume estimation. (2) Volume estimation accuracy varied across different tree species. For Betula platyphylla, we obtained R2 = 0.71 and RMSE = 6.96 m3/hm2; for Quercus mongolica, R2 = 0.74 and RMSE = 6.90 m3/hm2; and for Populus davidiana, R2 = 0.51 and RMSE = 9.29 m3/hm2. The total forest volume in the Saihanwula Reserve ranges from 50 to 110 m3/hm2. (3) Among the four machine learning models, GBRT consistently outperformed others in all evaluation metrics, achieving the highest R2 of 0.86, lowest RMSE of 9.69 m3/hm2, and lowest rRMSE of 24.57%, suggesting its potential for forest biomass estimation. In conclusion, accurate estimation of forest volume is critical for evaluating forest management practices and timber resources. While this integrated approach shows promise, its operational application requires further external validation and uncertainty analysis to support policy-relevant decisions. The integration of multi-source remote sensing data provides valuable support for forest resource accounting, economic value assessment, and monitoring dynamic changes in forest ecosystems.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».