[發(fā)明專利]一種利用探地雷達(dá)獲取田塊尺度土體構(gòu)型信息的勘測方法

有效

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• 申請日: 2022-06-10
• 公開（公告）號: CN114994774B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘喜才;徐杰男;張佳寶;韓雨迪
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院南京土壤研究所
• 主分類號: G01V3/12
• 分類號: G01V3/12;G01S13/88
• 代理公司: 成都宏田知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51337
• 代理人: 常利敏

本發(fā)明公開了一種利用探地雷達(dá)獲取田塊尺度土體構(gòu)型信息的勘測方法，屬于計量土壤學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：S1、選擇設(shè)備與配置參數(shù)、S2、采集初步勘測數(shù)據(jù)、確定詳細(xì)勘測布線方向、S4、確定詳細(xì)勘測布線間距、S5、設(shè)計與實施詳細(xì)勘測方案、S6、重構(gòu)土體構(gòu)型三維空間。本發(fā)明創(chuàng)新性地加入了初步勘測的步驟，通過少量先驗信息獲得土體構(gòu)型空間變異性的主體性特征(方向和尺度)。基于此主體特征參數(shù)設(shè)置的詳細(xì)勘測方案，使采樣數(shù)據(jù)的空間分布與變異特征相適應(yīng)，大大提高了采樣點布局的合理性，一定程度上降低了土體構(gòu)型三維空間重構(gòu)對插值方法的依賴性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計量土壤學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用探地雷達(dá)獲取田塊尺度土體構(gòu)型信息的勘測方法。

背景技術(shù)

土體構(gòu)型是各土壤層次的有序排列，是單個或多個不同時期的成土過程組合的結(jié)果。由于土體構(gòu)型對土壤水分、養(yǎng)分以及污染物等運移具有決定性的作用，掌握土體構(gòu)型空間分布信息對在農(nóng)業(yè)、環(huán)境等領(lǐng)域具有重要意義。在實際應(yīng)用中，針對不同尺度的土體結(jié)構(gòu)信息，其勘測方式和精度要求不同。在區(qū)域尺度測繪和調(diào)查中，土體結(jié)構(gòu)的調(diào)查通常是地學(xué)統(tǒng)計性為主。通過在調(diào)查區(qū)代表性點位進(jìn)行破壞型采樣獲取一系列剖面信息，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)處理后可以結(jié)合衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及其他相關(guān)觀測數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)融合等方法構(gòu)建研究相關(guān)預(yù)測模型，從而繪制區(qū)域土體構(gòu)型分布圖。而田塊尺度土體構(gòu)型勘測通常是為了獲取其空間分布的精準(zhǔn)信息，從而為精準(zhǔn)灌溉、養(yǎng)分或污染物運移等實際應(yīng)用提供支撐。此類勘測目的通過傳統(tǒng)的高密度破壞性采樣和空間插值顯然是不能實現(xiàn)，尤其是空間變異較大土體構(gòu)型分布情況。近二十年興起的地球物理方法如探地雷達(dá)(GPR)等無損勘測手段，為獲得高精度土體構(gòu)型空間分布信息獲取提供了可能。但目前相關(guān)的應(yīng)用較少，且在勘測方法缺乏可靠的手段。

探地雷達(dá)探測土體構(gòu)型的基本原理為：通過探地雷達(dá)向地下發(fā)射電磁波，其在土層界面處產(chǎn)生反射后被雷達(dá)接收，然后利用電磁波的傳播時間進(jìn)行反演計算獲得土體層次信息。其中相關(guān)反演計算方法已相對成熟，而土體構(gòu)型空間分布整體勘測效率較低且不確定性較大。通常利用探地雷達(dá)勘測土體構(gòu)型空間分布的主要流程包括平行布線覆蓋待測田塊采樣和空間插值重構(gòu)兩部分。由于探地雷達(dá)在測線方向上空間分辨率可高達(dá)厘米級，但測線間分辨率多在米級以上。在實際勘測中由于缺少必要的土體構(gòu)型空間分布信息，平行測線的間距選擇通常取決于調(diào)查者主觀判斷。然而若平行布線過密則工作量太大，若過于稀疏則采樣的空間代表性有限。這會導(dǎo)致土體構(gòu)型空間分布勘測結(jié)果的不確定性較大。此外，不合適的勘測方案會導(dǎo)致空間采樣的均衡性交叉，從而降低常規(guī)空間插值方法的精度。

通過上述分析可知，探地雷達(dá)勘測方案對土體構(gòu)型空間分布信息獲取至關(guān)重要。原則上，空間變異大的方向需要相對較高的采樣密度，而空間采樣的均衡性直接決定著空間重構(gòu)的精度。若既能充分利用探地雷達(dá)測線方向上高密度采樣優(yōu)勢，又能選擇合適的平行測線間距，則可以確保探地雷達(dá)采樣在空間上的均衡性。有鑒于此，在利用探地雷達(dá)獲取田塊尺度高精度土體構(gòu)型信息的勘測方法上，仍有進(jìn)一步改進(jìn)的空間。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供一種利用探地雷達(dá)獲取田塊尺度土體構(gòu)型信息的勘測方法。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

提供一種利用探地雷達(dá)獲取田塊尺度土體構(gòu)型信息的勘測方法，包括以下步驟：

S1、選擇設(shè)備與配置參數(shù)：根據(jù)待勘測田塊的土壤類型、土體結(jié)構(gòu)及測試環(huán)境確定探地雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)備配置，根據(jù)數(shù)據(jù)需求完成探地雷達(dá)基礎(chǔ)參數(shù)配置；

S2、采集初步勘測數(shù)據(jù)：選擇3～5條中心交叉的測線，將探地雷達(dá)系統(tǒng)沿各條中心交叉的測線方向平移，完成對待勘測田塊的初步初勘測，得到初步土體構(gòu)型信息；

S3、確定詳細(xì)勘測布線方向：利用初步勘測數(shù)據(jù)獲取每條測線的微起伏指數(shù)MRI，基于微起伏指數(shù)MRI得到各條初步勘測測線對應(yīng)的粗糙度，選擇其中粗糙度最大的測線對應(yīng)的方向作為詳細(xì)勘測的布線方向；