基于GPR逆时偏移成像技术的西部矿区植物根系直径估算试验研究

摘要

植物根系的固砂、存水以及防止土壤沙漠化等功能对西部矿区的生态保护具有重要意义,精确计算植物地下根系的生物量可以对矿区的生态治理提供一定的技术支撑。而植物根系的直径作为生物量计算的一个重要指标参数,直接影响着根系生物量的计算结果。本研究提出了一种基于探地雷达逆时偏移(RTM)(成像技术的植物根系直径估算方法。首先基于时域有限差分(FDTD)原理对浅层地下植物根系的空间分布情况开展数值模拟,获取绕射波双曲线图像。然后结合RTM成像条件对数值模拟数据进行成像与单道分析,获取直接反映植物根系直径的指标参数:最大正波峰振幅为零的两个位置之间的距离(△h)和浅部最大正波峰上方的零振幅位置与深部最大正波峰下方的零振幅位置之间的距离(△H),并通过物理模型验证了数值模拟结果分析中求得的两个指标参数△h、△H对植物根茎直径估算的有效性。综合结果表明:指标参数△h和△H的值与根茎埋深无关,只与样本直径大小有关。当根茎直径在5 cm及以下时,△h可作为描述直径的指标参数;当根茎直径在5 cm以上时,△H可作为描述直径的指标参数。针对数值模拟和物理模型探测两种数据,△h和△H对植物根茎直径的估算误差分别可控制在6%和5%以下,这表明以探地雷达RTM成像为基础建立的根径估算方法是合理且有效的,估算精度满足技术要求。