采用探地雷达频谱分析的复垦土壤含水率反演

程 琦，叶回春，董祥林，崔红标，易齐涛，徐云飞，孙立颖，张世文

采用探地雷达频谱分析的复垦土壤含水率反演

程 琦1，叶回春2，董祥林3，崔红标4，易齐涛5，徐云飞1，孙立颖1，张世文4※

（1. 安徽理工大学空间信息与测绘工程学院，淮南 232001；2. 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094；3. 淮北矿业（集团）有限公司，淮北 235001；4. 安徽理工大学地球与环境学院，淮南 232001；5. 烟台大学土木工程学院，烟台 264010）

快速、准确、无损获取采煤塌陷区复垦土壤含水率分布情况是实现精准灌溉的基础和关键。该研究以安徽省淮北市某塌陷复垦区土壤为研究对象，借助探地雷达系统对试验区土壤进行探测，并对周围未复垦区域设置对照组，通过线性调频Z变换频域细化法（Chirp-Z-Transform，CZT）寻找特征频率，结合瑞利散射原理分析不同土壤体积含水率（Volumetric Water Content，VWC）下雷达信号特征频谱响应关系，并分别采用不同回归方法建立了VWC反演模型。结果表明：频谱峰值频率分量（Frequency of Peak，FP）与复垦土壤VWC具有很强的相关性；基于CZT算法可以在不改变原有频谱的基础上，有效的寻找到特征频率，FP与VWC的相关系数较快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）从0.77提高到0.93；对比复垦与非复垦区域雷达信号频谱发现，复垦区频谱信号较非复垦区“漂移”现象明显，采用不同回归方法所建立的模型中，指数回归模型精度最高，验证集2达到0.84，RMSE达到1.97%，表明采用频谱分析方法可以有效地反演复垦土壤VWC，研究结果以期为复垦土壤质量快速监测以及复垦区农业精准灌溉提供理论依据与技术支撑。……