【摘要】：林木根系作為樹木獲取營養(yǎng)與固定枝干的重要器官,由于其生長環(huán)境的特殊性導(dǎo)致人們?nèi)永щy不易觀測,從而對其研究所取得的進(jìn)展也較為緩慢。本文提出使用探地雷達(dá)進(jìn)行林木根系原位無損探測的方法,有效地解決了人們?nèi)永щy的問題。并通過對林木根系探地雷達(dá)圖像的處理,實現(xiàn)了林木根系在土壤中分布情況的原位測量與定位。文中主要對使用探地雷達(dá)進(jìn)行林木根系探測過程與探測的林木根系探地雷達(dá)圖像合成孔徑反演成像算法進(jìn)行研究。同時對所提出的算法通過實際探地雷達(dá)圖像處理進(jìn)行性能測試與分析。本文在研究過程中得到了國家自然科學(xué)基金資助項目(31270757/C201337)與廣州園林科學(xué)研究所的支持,具體研究內(nèi)容具體如下： (1)根據(jù)探地雷達(dá)圖像處理順序,對林木根系探地雷達(dá)圖像雜波抑制方法進(jìn)行研究。由于探地雷達(dá)圖像所具有的特性與各種雜波特征,提出基于A-SCAN數(shù)據(jù)針對各種雜波的林木根系探地雷達(dá)雜波分類抑制算法。 (2)研究選取探地雷達(dá)探測處理方法中的兩種常見方法進(jìn)行研究分析,并結(jié)合林木根系探測目標(biāo)的固有特點對兩種算法的性能進(jìn)行研究與預(yù)測評估,進(jìn)行林木根系探地雷達(dá)圖像反演成像算法的優(yōu)選。 (3)為了完成探測目標(biāo)的定位于根系反演成像,針對電磁波在土壤中傳播速度估計算法進(jìn)行研究。常見方法為探針插入土壤中取樣,通過專業(yè)儀表測量土壤介電常數(shù)然后進(jìn)行波速推算。由于該方法手續(xù)過于復(fù)雜,本文提出使用基于探地雷達(dá)圖像處理技術(shù)的電磁波波速估計算法的研究。 (4)針對于根系探地雷達(dá)圖像特征進(jìn)行基于波動方程與Stolt偏移技術(shù)的林木根系探地雷達(dá)圖像合成孔徑反演成像算法的設(shè)計。通過對算法的改進(jìn)使反演結(jié)果更加聚焦、成像結(jié)果定位更加精確,以達(dá)到根系原位無損探測定位的要求。 此外本文還對所設(shè)計的算法進(jìn)行了探地雷達(dá)圖像實際處理測試,根據(jù)對測試結(jié)果的分析,得出的算法的處理精度、算法穩(wěn)定性和算法的適用范圍均滿足林木根系定位要求。
【圖文】：

研究中使用了由美國Tree Radar公司生產(chǎn)的型號為TRU樹木雷達(dá)的探地雷達(dá)進(jìn)行林木根系探測實驗和GPRMAXV2.0軟件仿真。探地雷達(dá)如圖1-1所示。圖1-1探地雷達(dá)主機實物圖圖 ]-2探地雷達(dá)發(fā)射與接收天線實物圖Fig.1-1 Host computer of ground penetrating radar Fig. 1-2 Antenna of ground penetrating radar由于?利用探地雷達(dá)進(jìn)行地下目標(biāo)探測時所使用的探測天線頻率與探測的深度以及探測的分辨率存在矛盾關(guān)系。當(dāng)選擇較高的探測頻率時可以得到較高的分辨率但是由于頻率較高從而電磁波在土壤中衰減較強，從而導(dǎo)致探測深度不能滿足探測要求；當(dāng)選擇較低探測頻率是可以得到較深的探測深度，但是由于頻率較低不能夠滿足分辨的要求。本次實驗兼顧兩個方面選擇使用頻率為9QQMH2的天線進(jìn)行實驗，使用的天線如圖1-2所/JX 0本次實驗在廣州園林科學(xué)研究所實驗基地進(jìn)行，探測對象為廣州地區(qū)較為常見樹種木麻黃。實驗現(xiàn)場如圖1-3所示。-8 -

2探地雷達(dá)原理與林木根系探測特點下圖2-5為探地雷達(dá)探測一個目標(biāo)而得到的數(shù)據(jù)。圖中水平的明暗交替的條紋則是由于地面反射和收發(fā)天線之間的耦合而形成的回波信號，明暗交替的雙曲線則是由于被探測的目標(biāo)反射而形成的回波信號構(gòu)成的。 ____________ 卜：■■ I ?iiiMililUB I II M Mil I III ||> M—IMi—IIKI mi i lii|i H—1M—ii^l k |MWiiiMiiiiiM 'ii,A A/ \ / 、”f _圖2-5探地雷達(dá)B-SCAN原始數(shù)據(jù) 圖2-6探地雷達(dá)C-SCAN原始數(shù)據(jù)Fig.2-5 Original data of ground penetrating Fig.2-6 Original data of ground penetratingradar's B-SCAN radar's C-SCAN在利用探地雷達(dá)進(jìn)行地下目標(biāo)探測時一般需要探測一個區(qū)域范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)從而實現(xiàn)地下三維的探測。通常將待探測區(qū)域劃分為多道等間距測線然后依次進(jìn)行測量，從而將每道探測線上得到的S-SC4W進(jìn)行依次排列得到了 C-SC4iV數(shù)據(jù)，如圖2-6所示：圖中向下為探測深度在C-SCAN中使用時間表示，X方向為每個測線測得的B->SC4A^數(shù)據(jù)，3^方向為都條測線排列的方向。2.3 土壤中電磁波傳播特性由子探地雷達(dá)進(jìn)行地下目標(biāo)探測時主要依靠電磁波在地下傳輸時遇到探測目標(biāo)發(fā)生的散射與反射等完成地下目標(biāo)探測的，所以探地雷達(dá)的具體探測環(huán)境對探地雷達(dá)的工作參數(shù)以及探測效果有很大關(guān)系。從而在使用探地雷達(dá)進(jìn)行林木根系探測研究時需要對電磁波在地下傳輸特性以及電磁波在不同電性質(zhì)的介質(zhì)中傳播時發(fā)生的散射與反射的特性進(jìn)行分析。本章將對電磁波的傳輸特性以及與傳輸介質(zhì)的關(guān)系和電磁波傳輸?shù)乃俣冗M(jìn)行研究。人們對于土壤的介電常數(shù)的研究目前己經(jīng)在世界各地^u展^u來，并且取得了一定的成果。通過目前人們對土壤電特性的研究可以看出
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN957.52;S758.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2519106