不同水分条件下粗砂土剖面中目标物的GPR 图像特征及其解译

通过粗砂土人工土槽试验,研究了不同水分处理下土壤剖面中目标物探地雷达波形态特征的变化及其解译.结果表明,采用500 MHz中心频率天线采集GPR数据,可以获取不同水分条件下粗砂土1 m土体内介电性质异常的目标物较高分辨率的形态特征和位置信息数据:土壤含水量的增加会导致土壤中目标物界面反射信号强度减弱、双程走时增加以及目标物GPR图像形态特征的变化;在土壤性质、水分条件较均一的情况下,利用GPR数据通过时间一深度转换可以准确地确定目标物的埋藏深度.     

潮土区农田土体构型层次的探地雷达无损探测试验

为探究探地雷达对自然土壤土体构型进行快速无损探测的可行性,该文首先利用基于时域有限差分法的Gpr Max2D软件模拟4种具有不同介电特性差异的土壤层次的土体模型,识别雷达电磁波在具有不同土壤介电特性差异的土壤层次中传播时反射波振幅和相位的客观变化规律;然后于2016年在位于黄淮海平原潮土区的河北省曲周县选择夹黏型和底漏型2种土壤层次较明显的农田土体构型进行GPR探测试验,并挖掘土壤剖面,通过雷达图像处理软件和MATLAB编程处理雷达图像并提取波形数据,根据模拟获取的规律进行土壤层次识别,对比探测层厚与实际剖面层厚。研究结果显示,雷达电磁波在不同介质分界面处发生反射,两侧介电特性差异越大,反射波振幅越大;上层介质介电常数小于下层会发生正反射,反之发生负反射;实测波形比模拟波形杂乱;通过电磁波振幅和相位变化识别层次界面清晰的夹黏型土体构型中较厚层次的厚度的相对误差(9%)要小于识别层次界面不清晰的底漏型土体构型各层厚度的相对误差(9%);可识别的层次界面反射系数均大于0.02,两侧土壤具有较大介电特性差异;通过客观判读依据可以判别农田潮土的层次结构,但层次界面的整齐清晰程度、界面两侧介电特性差异程度和相邻层次的厚度大小影响着探地雷达探测效果。该文可以为相关研究提供参考,为实现土体构型这一重要耕地质量指标的快速监测提供借鉴。     

多普勒雷达产品在湘南一次人工防雹作业中的应用

[目的]为探索多普勒雷达产品在人工防雹作业时机选择和作业效果分析中的作用,[方法]利用郴州站多普勒雷达产品结合高空、地面观测资料,分析了2016年3月20日发生在湘南地区的一次人工防雹作业过程,[结果]结果表明:500 hPa高空槽东移、中低空急流和切变线、地面辐合线等在湘南共同作用,为本次冰雹天气的发生提供了有利的动力、热力、水汽和不稳定条件;根据组合反射率出现超过65 dBZ的强回波、多个仰角上出现明显的三体散射及旁瓣回波特征、大于50 kg/m2的垂直积分液态含水量VIL高值区等回波特征选择作业时机;通过风暴属性特征的对比,作业前冰雹的回波特征和指标明显,作业后冰雹回波特征迅速减弱消失,说明雷暴单体(冰雹云)特征的生消演变与人工防雹作业过程非常吻合,[结论]因此,综合应用多种多普勒雷达产品对准确选择作业时机以及分析作业效果具有重要指示作用。     

辽宁建平地区一次突发性强冰雹天气的中尺度特征分析

研究旨在通过对辽宁省冰雹高发地区的一次典型强雹暴过程进行中尺度特征分析,寻找致雹物理参量特征及雷达临近预警指标,以期为冰雹短临预报预警提供参考。[方法]利用常规气象观测资料、葵花卫星、多普勒天气雷达、NCEP/FNL等资料,对发生在辽宁建平地区一次强冰雹天气的天气形势及中尺度特征进行了详细分析。[结果]结果表明：此次冰雹过程发生在较强的风切变环境场中,850 hPa与500 hPa风向切变>90°,850 hPa与500 hPa之间的温度差>26℃,大气层结不稳定;冰雹发生在强对流云团发展至成熟阶段初期,在可见光云图上可以看出明显的纹理和暗影,TBB较长时间维持在-50℃以下,冰雹发生后, TBB梯度值迅速减小;强降雹超级单体呈现弓状,除了具有入流边界、回波悬垂等雷达特征外,还具有高悬的反射率因子核心,即＞55 dBZ高度伸展到-20℃以上,以及VIL>60kg.m-2,VIL密度>4g.m-3,深厚持久的中气旋维持超级单体内部涡旋等特征。[结论]该研究提供了辽宁省冰雹发生临近时刻的环境参量特征及雷达指标阈值,为确定冰雹短临预报预警技术规范奠定了坚实的基础。     

合成孔径雷达在林业调查中的应用概述

森林是陆地生态系统的主体,而森林覆盖率、森林蓄积量及森林生物量是森林资源重要的特征参数,亦是林业调查的主要指标。合成孔径雷达(SAR)以其独特的成像机制、全天候全天时的成像特点以及较强的穿透能力,在森林资源调查发挥着巨大的作用。文章主要概述了合成孔径雷达技术特点及其在森林覆盖率、森林蓄积量及森林生物量等林业调查中的应用现状,并探讨了目前存在问题及未来发展趋势。     

基于探地雷达早期信号振幅包络值的黏性土壤含水率探测

为了验证探地雷达探测黏性土壤含水率的精确性,利用探地雷达早期信号振幅包络法平均值方法(average amplitude envelope, AEA)对降雨前后野外农田表层(0.3 m)土壤含水率进行探测,并利用TDR探测土壤含水率以作对比。研究结果显示,土壤水分含量与黏粒含量具有一定相关性。在大面积范围内(1 000 m长测线),TDR2次探测土壤平均含水率分别为14.16、16.91 cm~3/cm~3;AEA方法 2次探测土壤平均含水率分别为14.62、17.88 cm~3/cm~3,与TDR实测含水率差值分别为0.46、0.97 cm~3/cm~3,2种方法探测所得含水率具有极显著的相关性(P0.01),相关系数分别为0.825、0.814。小范围内(40 m×40 m)降雨前后TDR 2次探测黏性土壤含水率分别为14.11、16.77 cm~3/cm~3。AEA 2次探测土壤平均含水率分别为14.86 cm、17.46 cm~3/cm~3,比TDR实测含水率分别大0.74、0.69 cm~3/cm~3。AEA与TDR探测所得含水率相关系数分别为0.701、0.827(P0.01),研究结果表明利用探地雷达AEA方法能够获得与TDR实测精度相近的黏性土壤含水率。利用常规探地雷达共中心点法及共偏移距方法对研究区黏性土壤含水率探测结果显示,这2种方法均不能有效地探测黏性土壤含水率。     

密植果园作业机器人行间定位方法

在密植果园的果树行间,由于浓密树冠对卫星信号的遮挡,目前在开阔环境中成功应用的农业机械卫星导航定位方式存在失效问题。而单纯利用里程计在果园进行定位,又存在误差累积的难题。为此,以农业机器人驶入果树行前的初始位置点为原点,建立世界坐标系。利用激光雷达扫描作业空间中果树行两边的树干,根据圆弧聚类方法计算树干中心点,并记录在世界坐标系中。而后,在机器人运动过程中再实时检测果树树干中心点,并与先前时刻记录在世界坐标系中的树干中心点进行匹配,利用匹配结果校正里程计数据计算出的机器人位置和航向,以实现在密植果树行间对农业机器人进行准确定位。10次重复实验表明,农业机器人在世界坐标系的x和y方向上定位误差的标准差都约为0.08 m,精度能够满足密植果园作业机器人的应用需求。     

基于合成孔径雷达的农作物后向散射特性及纹理信息分析——以吉林省农安县为例

及时掌握农作物类型、时空分布和结构信息,是合理调整农业结构的重要科学依据。针对光学遥感依赖于太阳辐射,在农作物生长周期内常受制于云雾的影响而无法获取到光学遥感数据的问题,本文采用全天时全天候、不受云雾等天气影响的合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）影像,探讨典型农作物的后向散射特性和纹理特征,为采用合成孔径雷达影像实现高精度农作物大面积监测提供科学依据。以吉林省农安县为例,利用12景Sentinel-1B双极化SAR影像数据,经影像预处理和统计分析,研究不同极化的农作物后向散射特性和纹理信息。结果表明：3种作物（大豆、玉米、水稻1和水稻2）同极化（VV）的SAR后向散射系数在生长周期内均高于交叉极化（VH）,农作物植株形态改变极化方式的能力为-25~-15 dB。3种作物在整个生长期内,后向散射系数呈现较大波动,各阶段后向散射特征差异明显。在生长初期,土壤对后向散射特征起主要作用,在SAR图像上表现为暗色调;随着作物生长,冠层散射叠加土壤散射作用占据主要位置,散射值随作物生长呈现逐渐增加的趋势,在SAR图像上表现为亮色调;拔节（分枝）后（7月10日后）作物的后向散射信号除冠层散射作用外,还主要受到土壤含水量及其与作物相互作用的影响,因此拔节后两种水稻后向散射系数下降幅度较大。水稻对雷达波的吸收强于玉米和大豆,整体上后向散射系数第2种水稻<第1种水稻<玉米<大豆,尤其在VH极化方式下表现更明显。对作物SAR纹理信息的研究表明纹理信息的均值、方差和协同性对于农作物的SAR识别更有效,最佳纹理信息为VH极化均值,有利于识别3种作物;VV极化方差和VV协同性有助于区分两种水稻;SAR影像识别作物的最佳时相为5月23日至7月10日。     

露天矿区排土场复垦地土壤容重差异、GPR特征识别与反演

为揭示复垦地不同剖面土壤容重的总体特征和深度差异,以中煤平朔安太堡露天矿南排土场为研究对象,基于探地雷达（GPR）图像特征分析土壤容重差异,构建介电常数与土壤容重之间的关系。分析方法采用环刀采样称重法、探地雷达探测法、方差分析法、拟合分析法等。结果表明：矿区排土场平台土壤容重大于边坡,边坡坡度越大,土壤容重越小。在土壤含水率较小时,各个剖面0~30 cm处有较多大振幅信号,土壤容重较小,探地雷达信号图上大振幅信号的多少与土壤容重大小成反比。土壤容重随介电常数的增大而呈线性增加趋势,且二者拟合后的R²值达0.813 9,相伴概率小于0.01。研究表明,矿区排土场不同位置及同一剖面不同深度土壤容重大小差异明显,通过探地雷达可对土壤容重差异进行分析。     

浅谈威海市新一代天气雷达站的雷电防护措施

根据威海市新一代天气雷达站的地理、土质、气象等自然环境的特点,确定雷达站防雷等级,阐述了雷达站在设计和施工中,针对雷电各种危害途径所采取的防护措施。