[發明專利]一種利用探地雷達數據構建樹木根系三維圖像的方法

有效

• 申請號: 201310038486.3
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103105609A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 崔喜紅;陳晉;吳淵;陳學泓
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 北京尚德技研知識產權代理事務所(普通合伙) 11378
• 代理人: 嚴勇剛

1.一種利用探地雷達數據構建樹木根系三維圖像的方法，所述方法利用探地雷達測量樹木的根所獲得的探地雷達數據，構建所述樹木的根系的三維圖像，其特征在于，所述方法包括如下步驟：?

步驟A：圍繞待測量的樹木的樹干繪制多條等間距的同心圓測線，將探地雷達的天線沿所述測線設置，利用所述探地雷達逐一測量每個所述測線正下方的樹木根系的反射信號，對所述反射信號進行數據分析計算，獲得每個所述測線正下方的樹木根系的探地雷達數據。?

步驟B：設定所述探地雷達數據中，對于每一個探測點，將其標記為P_C，N，其中，C表示測線號，N表示該點在該測線上的位置序號，所述探測點P點信息表示為P_C，N(dis，dep，dia)，其中dis和dep表示該點在探地雷達數據剖面中的水平和垂直位置，dia表示該探測點處根的直徑大小；?

步驟C：從最外圈測線的探地雷達數據開始，對于第C圈測線的探地雷達數據中的探測點P_C，N，在靠近所述樹干方向的一側的第C+1圈測線的探地雷達數據中，開一個矩形的搜索窗口；?

所述搜索窗口中心水平位置為W_cent，由如下公式確定：?

所述搜索窗口中心的垂直深度W_dep，由如下公式確定：?

W_dep＝P_C，N(dep)+a?

所述搜索窗口寬度為W_wid，高度為W_hig，對每一圈測線都使用相同的窗口，即可以設定：?

W_wid＝ω?

W_hig＝b?

上述公式中a、ω、b為常數，其大小由探測植株大小與使用的探地雷達參數決定，參考值：a=5±2.5cm，b>30cm，ω>50cm，r_C、r_C+1分別為第C圈、第C+1圈測線半徑。?

之后，對于位于所述搜索窗口內的所有探測點P_C+1，N建立篩選函數：?

F＝f(P_C+1，N)·(P_C+1，N(dia)-P_C，N(dia)+d)?

其中，d為常數，參考值：d=0.1cm；f為距離加權函數，定義如下：?

找尋第C+1圈中使F大于0且F數值最小的那個探測點P_C+1，N′，即為P_C，N的根源，將P_C，N和P_C+1，N′連接起來，記為P_C+1，N′→P_C，N；?

步驟D：按上述步驟C處理完探地雷達數據中所有探測點后，可獲得類似植株根系的拓撲結構如下:?

其中每一行表示一條根系從根頸到末梢的探測點序列；?

根據以上拓撲結構和之前獲得的P_C，N(dis，dep，dia)信息，在三維繪圖軟件中，使用樣條曲線連接各探測點，即可獲得所述樹木根系的三維圖像。?

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，上述步驟C中，若在第C+1圈中未能找到根源，便在第C+2圈中按相同方法尋找根源，以排除遺失信號的干擾；若在第C+2圈中仍未找到根源，則認為此信號不屬于該根系，將其與已連接至此信號的所有信號剔除，以排除非本植株根的信號的干擾。?

3.根據權利要求1和2所述的方法，其特征在于，上述步驟C中，所述搜索窗口中心水平位置W_cent，其由如下公式得到，?

P_C，N為P_C-1，N′的根源。?

4.根據權利要求1或3之一所述的方法，其特征在于，上述步驟C中，所述搜索窗口寬度W_wid，其由如下方法得到，做一弧度為α的圓心角A，使得W_cent在角平分線上。角A與每條測線均有2個交點，之間的弧長即為窗口?的寬度，即可由下列公式得出，?

W_wid＝α·r_C+1。