基于包络检波和STFT谱分析的探地雷达土壤分层信息识别

• 作者: 付雪 吴克宁 崔佳 张超 朱德海 李俐
• 来源期刊: 地球信息科学学报
• 关键词: 土壤分层 探地雷达 包络检波 短时傅里叶变换 土壤介电常数
• 年，卷（期）: 2020,（2）
• 所属期刊栏目: 遥感科学与应用技术
• 页码范围: 316-327
• 页数: 12页
• 语种: 中文

摘要

土壤分层信息,特别是表土层结构,对土地生产力具有重要影响,是评价土壤质量的一个重要指标.为了快速、准确地获取土壤分层信息,本文利用探地雷达对分层土壤进行了回波信号采集,并分别在时域和频域分析土壤层位置和层厚信息.首先在信号预处理的基础上,借助包络检波方法确定在土壤分层界面在时域上的位置;然后获取电磁波速度,得到土壤分层厚度.考虑到土壤介电常数与电磁波在土壤中传播速度的相关性,采用短时傅里叶变换方法(Short-time Fourier Transform,STFT)获取各土壤层时频域特征值,并利用回归分析建立特征值与介电常数之间的数学关系,实现对各土壤层的介电常数估算,从而计算出电磁波传播速度,进而确定土壤各层厚度.为验证算法的有效性,分别对理想模拟实验环境和农田环境进行了探地雷达实验,结果表明利用包络检波对探地雷达回波信息进行分析,土壤层检出率达到94.5％,借助STFT谱分析进行探地雷达回波速度估计,对于70 cm深度以上土层厚度计算误差大都保持在10％以下,但随着土壤深度的增加,误差变大.总体来说,本方法能有效识别浅层土壤的分层信息,可应用于实际生产中耕层厚度的估测.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	朱德海	中国农业大学土地科学与技术学院	128	2023	23.0	39.0
3	吴克宁		156	2552	27.0	41.0
4	张超	中国农业大学土地科学与技术学院	110	973	17.0	24.0
6	李俐	中国农业大学土地科学与技术学院	43	267	10.0	14.0
12	付雪	中国农业大学信息与电气工程学院	5	7	1.0	2.0
13	崔佳	中国农业大学信息与电气工程学院	1	0	0.0	0.0