基于探地雷达的典型红壤区网纹红土层识别

网纹红土层的识别对于土壤学和第四纪环境等研究均具有重要意义。以位于南方红壤区的江西省鹰潭市孙家流域为例,通过多频率探地雷达图像解译、钻井探测和土壤含水量分析等方法相结合,研究使用不同天线频率雷达对网纹红土层的识别效果及最佳的雷达探测方法。结果表明:共中心点法(CMP)能够准确地计算出电磁波在不同土地利用类型、不同深度的传播速度,电磁波在网纹红土层的传播速度在0.052 m·ns~(-1)～0.065 m·ns~(-1)之间,平均速度为0.058 m·ns~(-1);剖面深度上的含水量变化特征与土壤层次的分布具有协同性,网纹红土层内土壤含水量逐渐递增,至网纹红土层下界面出现最大值,风化层以下土壤含水量随着深度的增加不断减小;应用60 MHz和120 MHz天线的雷达均可识别网纹红土层的上、下界面,深度拟合结果的R~2分别为0.93和0.86;相比较于60 MHz单天线探测网纹红土层厚度的结果,采用组合天线的方法,即200 MHz和60 MHz天线分别获得网纹红土层上、下界面的深度,能够提高探测准确度,试验平均相对误差由16.2%缩小至6.8%;探地雷达技术不仅可以提高野外调查效率,还有利于推进土壤三维制图的发展。     

基于特征优选的多时相SAR数据水稻信息提取方法

多时相合成孔径雷达(Synthetic aperture radar, SAR)数据可为水稻提取提供丰富信息,在多云多雨地区对水稻识别和监测具有独特优势。但过多特征变量的加入,一定程度上造成“维数灾难”及信息冗余,因此,本文提出一种基于多时相后向散射特性及干涉相干性优选特征的水稻提取方法。基于研究区水稻生长周期的多时相Sentinel-1 SAR数据,构建后向散射系数和干涉相干系数特征集,利用ReliefF算法对特征重要性进行排序,同时采用JM距离确定最优特征数目完成最优特征选择,结合随机森林分类算法对研究区水稻进行提取及精度评价。结果表明：基于优选特征提取水稻面积相对误差为4.96%,总体精度达到92.48%,Kappa系数为0.90;从优选特征剔除干涉相干特征提取的水稻面积相对误差增加2.39个百分点,总体分类精度和Kappa系数分别降低4.03个百分点、0.06,说明干涉相干性有利于水稻信息提取。基于多时相后向散射特性及干涉相干性的特征优选减少了数据冗余,提高了运算效率,可实现大范围高精度水稻提取。     

基于星载SAR的冬小麦估产模型比较分析

旨在让农业部门等提前预知小麦产量,从而准确判断粮食生产形式,制订相关政策。应用2014年4月中旬和5月初星载合成孔径雷达(SAR)——RADARSAT-2各一幅,选择安徽省寿县和怀远县冬小麦产区,通过试验田产量和反演的雷达影像后向散射系数,建立冬小麦线性估产模型,在此基础上对2013和2014年估产模型精度进行比较。结果表明：通过星载SAR的同极化HH和交叉极化HV方式建立的估产模型对寿县涧沟镇冬小麦估产精度分别为68.37%和74.01%,对怀远县龙亢镇冬小麦估产精度分别为63.10%和69.10%。特别是针对倒伏区域冬小麦估产模型精度差异进行理论详细分析,指出冬小麦大面积倒伏区域,基于交叉极化(HV)估产模型精度高于同极化(HH)估产模型精度。最后指出将来可选择四极化SAR影像,针对不同的生长方式有针对性的选择不同极化方式进行估产。模型结果分析结论为将来冬小麦估产模型参数纠正及推广奠定基础和积累经验。     

冀东地区“9.27”雷暴大风的雷达回波特征

为提高唐山地区雷暴大风的预报和监测能力,利用常规气象资料、秦皇岛站多普勒雷达资料和每6 h 1次的NCEP FNL 1°×1°再分析资料,分析了2012年9月27日（简称“9.27”）在冀东出现的大范围雷暴大风天气过程。结果表明：近乎垂直的西来槽和上干下湿的结构是此次天气产生的环境背景,地面冷锋和干线触发了此次天气过程。低层辐合、高层辐散以及充足的水汽条件使系统进一步加强,强大的倾斜上升气流使系统得到维持。雷达回波图上可识别出明显的穹窿结构、阵风锋、前侧入流和后侧出流回波特征和大风区,垂直速度剖面存在明显的辐合区。根据雷达回波特征演变推断,这次雷暴大风主要由强回波高度的快速下降,强冷空气入侵和回波的快速移动产生。     

基于探地雷达的典型喀斯特坡地土层厚度估测

土层厚度是坡地水文过程的一个重要控制因素。本研究使用MALA公司的探地雷达,分别采用100和500MHZ频率的天线对土层厚度进行探测,然后通过开挖探槽实测土层厚度,同时调查了影响探地雷达结果的因素—土石交界面的基岩风化度,并建立了不同输入下的线性回归模型和GEP模型,对探地雷达在喀斯特坡地土层厚度估测的适用性进行了探讨。结果表明,喀斯特坡面土层浅薄且含有较多碎石,使用频率较高的天线可以提高探测精度;同时将不同频率天线探测的结果以及基岩风化度作为输入,均能提高对土层厚度的模拟精度;相同输入条件下,总体来看,基于GEP算法建立的土层厚度模型模拟精度较经典统计的线性回归和多元回归模型高,R2最大能提高7.6%     

基于超宽带雷达和多光谱数据融合的土壤含水率检测

土壤含水率监测是精准农业的重要组成部分,对于农情监测和农业生产起着关键性作用。超宽带雷达由于其体积小、质量轻、穿透力强和功耗低等特性已被广泛应用于土壤含水率监测研究。而现有超宽带雷达反演土壤含水率多为理想裸土情况,实际应用中地表植被覆盖会对结果造成较大影响,针对此问题,融合超宽带雷达和多光谱数据,利用支持向量机（SVM）模型对农田尺度不同植被覆盖下的土壤含水率进行分级预测,以减小植被对预测精度的影响。研究结果表明,在超宽带雷达回波数据提取出的不同时域特征组合中,选用峰值因子、峭度、均方根、峰-峰值、最大幅值、方差、偏斜度、平均值和最小幅值9个时域特征作为SVM模型输入特征预测结果最好,总体精度为95.59%,Kappa系数为0.9492。加入植被指数NDVI后,不同时域特征组合作为特征输入的模型精度均有显著提高,其中将9个时域特征与NDVI共同作为SVM输入预测效果最佳,总体精度为98.09%,Kappa系数为0.9780,与不考虑植被影响的预测结果比较,总体精度提高了2.50个百分点,Kappa系数提高了0.0288。     

无人机载雷达在冰厚及冰层结构探测中的应用

为提高黄河冰厚测量效率,利用无人机载雷达对黄河内蒙古什四份子弯道进行了冰厚测验,并与人工实测冰厚进行了对比,描述了冰层典型特征雷达图谱.结果表明:弯道冰厚分布不均匀,整体冰厚在40~80 cm,纵向冰厚沿程逐渐减小,弯顶处冰厚最小,横向冰厚凹岸侧大于凸岸侧,清沟断面冰厚呈小-大-小趋势,靠近水面位置冰厚最小;立封区测验效果一般,雷达测量结果大于人工测量结果,误差在10%左右,平封处精度良好,误差在5%以下,雷达与人工对冰厚走向的测量结果基本一致;雷达波在冰层中传播速度为15~17 cm/ns;雷达图谱可以反映冰层结构,确定裂缝的走向、位置,平立封冰盖的雷达图谱差别较大.无人机载雷达能快速对一定区域的冰厚进行连续测量,极大地提升了小范围冰厚的测验效率,为分析黄河冰的冻融过程、冰层结构提供了技术参考,是一种较为理想的冰层探测方法.     

Non-contact respiratory measurement in a horse in standing position using millimeter-wave array radar

This study aimed to apply radar technology to a large quadruped animal. We first developed a non-contact respiration measurement system using millimeter-wave array radar for a horse in standing position. Specifically, we measured the respiration of a stationary domestic horse in stables. Simultaneously, we measured the respiration rate using infrared thermography and developed a method for analyzing the radar information while verifying the rate of agreement. Our results suggested that the radar technology detected breathing and accurately measured the respiration of a horse, despite variation in the breathing frequency. To the best of our knowledge, this is the first study to apply a non-contact respiration measurement system using millimeter-wave array radar has been applied to large animals in an upright position, thereby demonstrating its potential application in animal husbandry and welfare.     

宁夏局部突发性特大暴雨中小尺度分析

2006年7月2日下午,宁夏陶乐县突遭短时特大暴雨袭击。此次暴雨降水强度大,1h和10m in降水量为宁夏44年之最。本文利用常规气象资料、宁夏本地化中尺度数值预报MM5模式产品、多普勒雷达探测资料、卫星云图,对本次突发性短时暴雨发生前后的天气环流背景、影响系统及中小尺度系统发生发展等进行分析。结果表明:这次突发性暴雨具有明显的中小尺度系统特征,主要影响系统有地面河套热倒槽,500hPa和700hPa兰州与银川的暖性低涡及地面中β尺度低涡,为暖湿不稳定能量的贮存和短时强降水的产生与维持提供了有利的动力条件。     

甘肃一次区域性大暴雨分析

利用甘肃省甘谷县气象观测站资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、FY-2C卫星云图及天水多普勒C波段雷达资料,对2006年8月27日甘肃区域性大暴雨过程进行了分析。结果表明:①此次暴雨主要是西太平洋副热带高压西伸北抬配合西北弱冷空气的扰动造成的,是西北地区一次典型的暴雨形势;②暴雨大值区垂直环流发展明显,辐合上升运动发生在地形迎风坡的半山腰,地形的抬升作用在此次强降水过程中起重要作用;③多普勒雷达导出产品垂直液态水含量在此次暴雨过程中有很好的对应关系。在对流降水过程中,当不稳定能量达到最强的时候降水开始,而垂直速度达到最大、水汽通量发展到最强的时候,降水量最大,地面水平风速为零,也是降水量达到最大的表现。