[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

技術領域

本發明涉及一種利用探地雷達數據構建樹木根系三維圖像的方法，亦即通過該方法構建樹木根系分布的三維模型。

背景技術

樹木的根系非常重要，但是由于根系幾乎都生長于土壤中，故無法直接對其進行長期連續的觀測。若采用將根系從土壤中挖出或將其暴露的觀測方法無疑會對根周圍環境產生擾動，進而影響根系結構及其功能。因此，需要提供一種高效實用，無損于土壤和植物根系，又能實現長期持續觀測的方法。

CN101813774A公開了一種利用探地雷達測量植物地下根的直徑的方法，其利用雷達發射的電磁波在到達根頂面時的反射波初至時間點開始到根底面反射波的延時點結束的時間差，計算出植物地下根的直徑。另外，該現有技術還提及《淺地層探地雷達自動目標檢測與定位研究》（作者張春城、周正歐，電子與信息學報2005年7月第27卷第7期，第1065-1068頁）的文章，結合上述現有技術就可以通過探地雷達獲得地下根的大小及位置。

然而，上述現有技術結合起來所獲得的畢竟是一堆離散的探地雷達數據，由這些數據構建樹木根系分布的三維模型，乃至構建樹木根系三維圖像仍然是不明確的。例如，本領域技術人員即便以密集剖面的方式獲得地下根的探地雷達離散數據，但是這些數據以三維圖像的形式呈現出來也是不連續的，對于比較粗的根，尚能通過肉眼分辨這些根的來龍去脈，但是對于密集分布的細小根系來說，很難判斷某個剖面中的根是與其相鄰的剖面中的根相連的，這也就是本發明重點所要解決的問題之所在，亦即，本發明提供了一種利用探地雷達數據構建樹木根系三維圖像的方法。

發明內容

本發明提供了一種利用探地雷達數據構建樹木根系三維圖像的方法，以減少或避免前面所提到的問題。

為解決上述問題，本發明利用獲得的探地雷達測量數據，從這些測量數據中提取一系列根的探測點信息。再根據根的生長原理設定相應規則，按照規則自動篩選和連接這些探測點，構建并還原成像出植物根系的三維圖像。

具體的，為解決上述問題，本發明提出了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，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：

WcentrC+1=PC,N(dis)rC]]>

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