專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用探地雷達(dá)數(shù)據(jù)構(gòu)建樹(shù)木根系三維圖像的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用探地雷達(dá)數(shù)據(jù)構(gòu)建樹(shù)木根系三維圖像的方法，亦即通過(guò)該方法構(gòu)建樹(shù)木根系分布的三維模型。
背景技術(shù)：
樹(shù)木的根系非常重要，但是由于根系幾乎都生長(zhǎng)于土壤中，故無(wú)法直接對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)的觀測(cè)。若采用將根系從土壤中挖出或?qū)⑵浔┞兜挠^測(cè)方法無(wú)疑會(huì)對(duì)根周?chē)h(huán)境產(chǎn)生擾動(dòng)，進(jìn)而影響根系結(jié)構(gòu)及其功能。因此，需要提供一種高效實(shí)用，無(wú)損于土壤和植物根系，又能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期持續(xù)觀測(cè)的方法。CN101813774A公開(kāi)了一種利用探地雷達(dá)測(cè)量植物地下根的直徑的方法，其利用雷達(dá)發(fā)射的電磁波在到達(dá)根頂面時(shí)的反射波初至?xí)r間點(diǎn)開(kāi)始到根底面反射波的延時(shí)點(diǎn)結(jié)束的時(shí)間差，計(jì)算出植物地下根的直徑。另外，該現(xiàn)有技術(shù)還提及《淺地層探地雷達(dá)自動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與定位研究》(作者張春城、周正歐，電子與信息學(xué)報(bào)2005年7月第27卷第7期，第1065-1068頁(yè))的文章，結(jié)合上述現(xiàn)有技術(shù)就可以通過(guò)探地雷達(dá)獲得地下根的大小及位置。然而，上述現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合起來(lái)所獲得的畢竟是一堆離散的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)，由這些數(shù)據(jù)構(gòu)建樹(shù)木根系分布的三維模型，乃至構(gòu)建樹(shù)木根系三維圖像仍然是不明確的。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員即便以密集剖面的方式獲得地下根的探地雷達(dá)離散數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)以三維圖像的形式呈現(xiàn)出來(lái)也是不連續(xù)的，對(duì)于比較粗的根，尚能通過(guò)肉眼分辨這些根的來(lái)龍去脈，但是對(duì)于密集分布的細(xì)小根系來(lái)說(shuō)，很難判斷某個(gè)剖面中的根是與其相鄰的剖面中的根相連的，這也就是本發(fā)明重點(diǎn)所要解決的問(wèn)題之所在，亦即，本發(fā)明提供了一種利用探地雷達(dá)數(shù)據(jù)構(gòu)建樹(shù)木根系三維圖像的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種利用探地雷達(dá)數(shù)據(jù)構(gòu)建樹(shù)木根系三維圖像的方法，以減少或避免前面所提到的問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明利用獲得的探地雷達(dá)測(cè)量數(shù)據(jù)，從這些測(cè)量數(shù)據(jù)中提取一系列根的探測(cè)點(diǎn)信息。再根據(jù)根的生長(zhǎng)原理設(shè)定相應(yīng)規(guī)則，按照規(guī)則自動(dòng)篩選和連接這些探測(cè)點(diǎn)，構(gòu)建并還原成像出植物根系的三維圖像。具體的，為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種利用探地雷達(dá)數(shù)據(jù)構(gòu)建樹(shù)木根系三維圖像的方法，所述方法利用探地雷達(dá)測(cè)量樹(shù)木的根所獲得的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)，構(gòu)建所述樹(shù)木的根系的三維圖像，所述方法包括如下步驟:步驟A:圍繞待測(cè)量的樹(shù)木的樹(shù)干繪制多條等間距的同心圓測(cè)線，將探地雷達(dá)的天線沿所述測(cè)線設(shè)置，利用所述探地雷達(dá)逐一測(cè)量每個(gè)所述測(cè)線正下方的樹(shù)木根系的反射信號(hào)，對(duì)所述反射信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析計(jì)算，獲得每個(gè)所述測(cè)線正下方的樹(shù)木根系的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)；步驟B:設(shè)定所述探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中，對(duì)于每一個(gè)探測(cè)點(diǎn)，將其標(biāo)記為ΡαΝ，其中，C表示測(cè)線號(hào)，N表示該點(diǎn)在該測(cè)線上的位置序號(hào)。所述探測(cè)點(diǎn)P點(diǎn)信息表示為PaN(dis，dep,dia)，其中dis和dep表示該點(diǎn)在探地雷達(dá)數(shù)據(jù)剖面中的水平和垂直位置，dia表示該探測(cè)點(diǎn)處根的直徑大??；步驟C:從最外圈測(cè)線的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)開(kāi)始，對(duì)于第C圈測(cè)線的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中的探測(cè)點(diǎn)P。, N，在靠近所述樹(shù)干方向的一側(cè)的第C+1圈測(cè)線的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中，開(kāi)一個(gè)搜索窗Π ；所述搜索窗口中心水平位置為w_t，由如下公式確定:
權(quán)利要求
1.一種利用探地雷達(dá)數(shù)據(jù)構(gòu)建樹(shù)木根系三維圖像的方法，所述方法利用探地雷達(dá)測(cè)量樹(shù)木的根所獲得的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)，構(gòu)建所述樹(shù)木的根系的三維圖像，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 步驟A:圍繞待測(cè)量的樹(shù)木的樹(shù)干繪制多條等間距的同心圓測(cè)線，將探地雷達(dá)的天線沿所述測(cè)線設(shè)置，利用所述探地雷達(dá)逐一測(cè)量每個(gè)所述測(cè)線正下方的樹(shù)木根系的反射信號(hào)，對(duì)所述反射信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析計(jì)算，獲得每個(gè)所述測(cè)線正下方的樹(shù)木根系的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)。
步驟B:設(shè)定所述探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中，對(duì)于每一個(gè)探測(cè)點(diǎn)，將其標(biāo)記為ΡαΝ，其中，C表示測(cè)線號(hào)，N表示該點(diǎn)在該測(cè)線上的位置序號(hào)，所述探測(cè)點(diǎn)P點(diǎn)信息表示為PaN(dis，d印，dia)，其中dis和dep表示該點(diǎn)在探地雷達(dá)數(shù)據(jù)剖面中的水平和垂直位置，dia表示該探測(cè)點(diǎn)處根的直徑大??； 步驟C:從最外圈測(cè)線的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)開(kāi)始，對(duì)于第C圈測(cè)線的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中的探測(cè)點(diǎn)P。,N，在靠近所述樹(shù)干方向的一側(cè)的第C+1圈測(cè)線的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中，開(kāi)一個(gè)矩形的搜索窗口 ； 所述搜索窗口中心水平位置為W_t，由如下公式確定:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，上述步驟C中，若在第C+1圈中未能找到根源，便在第C+2圈中按相同方法尋找根源，以排除遺失信號(hào)的干擾；若在第C+2圈中仍未找到根源，則認(rèn)為此信號(hào)不屬于該根系，將其與已連接至此信號(hào)的所有信號(hào)剔除，以排除非本植株根的信號(hào)的干擾。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的方 法，其特征在于，上述步驟C中，所述搜索窗口中心水平位置W_t，其由如下公式得到，
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3之一所述的方法，其特征在于，上述步驟C中，所述搜索窗口寬度Wwid，其由如下方法得到，做一弧度為α的圓心角Α，使得胃_,在角平分線上。角A與每條測(cè)線均有2個(gè)交點(diǎn)，之間的弧長(zhǎng)即為窗口的寬度，即可由下列公式得出，Wwid = α.rc+1o
全文摘要
一種利用探地雷達(dá)數(shù)據(jù)構(gòu)建樹(shù)木根系三維圖像的方法，包括如下步驟圍繞待測(cè)量的樹(shù)木的樹(shù)干繪制多條等間距的同心圓測(cè)線，用探地雷達(dá)獲得每個(gè)測(cè)線正下方的樹(shù)木根系的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)；設(shè)定探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中每一個(gè)探測(cè)點(diǎn)P點(diǎn)信息表示為PC，N(dis，dep，dia)；從最外圈測(cè)線的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)開(kāi)始，對(duì)于第C圈測(cè)線的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中的探測(cè)點(diǎn)PC，N，在靠近所述樹(shù)干方向的一側(cè)的第C+1圈測(cè)線的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中，開(kāi)一個(gè)搜索窗口；找尋第C+1圈中PC，N的根源；使用樣條曲線連接各探測(cè)點(diǎn)，獲得所述樹(shù)木根系的三維圖像。本發(fā)明所提供的一種利用探地雷達(dá)數(shù)據(jù)構(gòu)建樹(shù)木根系三維圖像的方法，不需要將根系從土壤中挖出或?qū)⑵浔┞叮簿筒粫?huì)破壞植物的生長(zhǎng)環(huán)境，解決了根系無(wú)損觀測(cè)的難題。
文檔編號(hào)G01S13/89GK103105609SQ20131003848
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者崔喜紅, 陳晉, 吳淵, 陳學(xué)泓 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)