Integrating SfM, LiDAR and TLS for High‐Resolution Monitoring of Palsa Surface Changes and Degradation Dynamics

摘要 理解精细尺度的地表变化对于量化生态系统动态和检测景观变化至关重要。冰核泥炭丘（Palsa）是相对较小的泥炭地隆起，具有富含冰的多年冻土核心，经历着生长与退化的自然循环。它们也可作为亚北极地区气候变化的指示物。由于它们通常覆盖面积至多仅数百平方米，卫星遥感不足以监测其详细演变过程。无人航空系统（UAS）和地面遥感提供了必要的空间分辨率，而结合多种传感器类型可进一步提高数据质量。本研究于2022年至2024年间监测了芬兰拉普兰北部两个退化冰核泥炭丘的年际地表变化。我们采集了基于UAS RGB的运动恢复结构（SfM）、UAS激光雷达（LiDAR）和地面激光扫描（TLS）点云数据，并使用RTK-GNSS参考测量对生成的数字地形模型（DTMs）进行了验证。在每个GNSS点测量活动层厚度（ALT），以表征融化深度并划定受ALT约束的冻结范围。基于DTMs，我们量化了冰核泥炭丘面积、平均高度及相对于预设丘底之上的体积变化。这些基于DTM的指标分别针对整个冰核泥炭丘表面以及ALT测量表明仍存在残余冻结核心的部分进行了评估。精度评估显示，将SfM点云与LiDAR或TLS衍生数据集合并具有明显优势。在较小且较平坦的冰核泥炭丘上实现了最高精度，表明高密度点云和低地表复杂度可提高精度。UAS LiDAR表现出持续的正高程偏差，可能反映了坡度与足迹相关效应的组合以及湿苔藓和泥炭表面穿透有限的影响。在研究期间，两个冰核泥炭丘的体积、面积和平均高度均有所减少。较大的冰核泥炭丘在整个范围内总体积减少了20%，在受ALT约束的冻结范围内减少了23%；较小的冰核泥炭丘分别减少了13%和18%。这些结果强调了在当前气候条件下冰核泥炭丘退化的加速趋势，并证明多传感器方法显著提高了多年冻土景观中冰核泥炭丘地表变化的高分辨率监测能力。