应用低频微波波段GPR测量土壤含水量研究

论文摘要

土壤含水量是反映土壤物理性状的一个重要的物理指标,对土壤含水量的研究基于不同领域的需求呈现出多尺度特征,从大的区域尺度到中间的流域尺度再到小的农田尺度都有很大的需求。目前测量土壤含水量的方法有很多,而这些方法各有所长,适合中间尺度的测量方法相对空白,探地雷达技术在测量土壤含水量方面的研究已经取得了一定的进展,而该方法对于中间尺度的测量比其他方法更加适合更有潜力。探地雷达测量土壤含水量,是以土壤的介电特性为物性基础的。以往对土壤介电特性的研究,特别是含水土壤介电模型的建立,大多是在高于1GHz的高频频段范围进行的。在不同的频段范围内,土壤的介电特性是有很大差别的,因此对探地雷达工作频段10MHz至1GHz之间的土壤介电性质有必要进一步研究。本文以应用低频微波波段GPR测量土壤含水量研究为题,使用土壤和河沙这两种特定的介质,通过一系列的土槽物理模型实验,建立了这两种不同介质的含水量与GPR波速的关系模型,为探地雷达测量土壤含水量提供了基础,也是对以往研究的一个补充,并通过验证实验,验证了所建立模型的精度和可靠性。在此模型关系建立的基础上,本研究也提出了人工预设反射体的GPR反射波土壤含水量的计算方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究现状
• 1.1.1 测量土壤含水量方法的研究概况
• 1.1.2 探地雷达测量土壤含水量的研究现状
• 1.2 本文工作安排
• 1.2.1 本文工作内容
• 1.2.2 文章内容介绍
• 第二章 探地雷达基本理论
• 2.1 探地雷达理论基础
• 2.1.1 电磁波传播基本规律
• 2.1.2 电磁波传播参数与介质电性质的关系
• 2.2 探地雷达数据采集方式
• 2.2.1 单点测量
• 2.2.2 共中心点测量
• 2.2.3 广角测量
• 2.2.4 连续剖面扫描测量
• 2.2.5 多天线的测量
• 2.3 PULSEEKKO1000 仪器介绍
• 第三章 探地雷达测量土壤含水量原理
• 3.1 反射波法测量土壤含水量原理
• 3.1.1 单偏移距反射波法
• 3.1.2 多偏移距反射波法
• 3.2 含水土壤介电模型介绍
• 3.2.1 Topp 模型
• 3.2.2 CRIM 模型
• 3.2.3 Dobson 模型
• 第四章 土壤含水量与GPR 波速关系模型实验
• 4.1 仪器适用性实验
• 4.1.1 实验目的
• 4.1.2 实验方案
• 4.1.3 实验数据采集与处理结果
• 4.2 预埋反射体实验
• 4.2.1 实验目的
• 4.2.2 实验方案
• 4.2.3 实验数据采集与处理结果
• 4.3 土槽物理模型实验
• 4.3.1 实验目的
• 4.3.2 实验方案
• 4.3.3 实验数据采集与处理结果
• 4.4 小结
• 第五章 土壤含水量与GPR 波速关系模型
• 5.1 介质为土壤的含水量与GPR 波速关系模型
• 5.2 介质为河沙的含水量与GPR 波速关系模型
• 5.3 介质为土壤、河沙的含水量与GPR 波速关系模型对比
• 5.4 模型验证实验
• 5.4.1 实验目的
• 5.4.2 实验方案
• 5.4.3 实验处理结果
• 5.5 小结
• 第六章 人工预设反射体的GPR 反射波土壤含水量算法
• 6.1 反射体的选择
• 6.2 GPR 反射波速度的提取
• 6.3 土壤含水量的计算
• 6.4 小结
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献