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应用地球物理  2020, Vol. 17 Issue (1): 154-166    DOI: 10.1007/s11770-020-0800-3
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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*
崔凡1,2,李帅3,原炯轩3,白洁玢3,赵煜轩3,周莹庆3
1.煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京 100000;
2.中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京 100083;
3.中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京 100083
GPR based RTM imaging technology for estimating rhizome diameters and application in the western China mining area*
Cui Fan 1,2,3, Li Shuai 3, Yuan Jiong-Xuan 3, Bai Jie-Bin 3, Zhao Yu-Xuan 3, and Zhou Ying-Ging 3
1. State Key Laboratory of Water Resource Protection and Utilization in Coal Mining, Beijing 100000, China.
2. State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining, CUMTB, Beijing 100083, China.
3. College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China.
 全文: PDF (1493 KB)   HTML ( KB)   输出: BibTeX | EndNote (RIS)      背景资料
摘要 植物根系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(Δh) 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 (ΔH),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Δh、ΔH 对植物根茎直径估算的有效性。综合结果表明:指标参数Δh 和ΔH 的值与根茎埋深无关,只与样本直径大小有关。针对数值模拟和物理模型探测两种数据,Δh 和ΔH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。
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关键词探地雷达   西部矿区   RTM 成像   根径估算     
Abstract: The rhizome functions are of great significance to the ecological protection of the western China mining area, whose ecological management can be provided with technical support via accurate calculations of the rhizome biomass. The rhizome diameter is an important index parameter of rhizome biomass. In this study, we propose an estimation of rhizome diameters based on ground penetrating radar (GPR)-based reverse time migration (RTM) imaging technology. First, the spatial distribution of shallow rhizomes is simulated using the finite diff erence time domain method. The simulation data are examined via RTM imaging and single-channel rhizome analysis to obtain the rhizome index parameters: Δh, the width of the maximum positive peak amplitude measured at an amplitude of zero, and ΔH, the distance between the zero-amplitude position above the largest positive peak in the shallow region and the zero-amplitude position below the largest positive peak in the deeper region. The experiments of physical models verify the effectiveness of the two parameters (Δh and ΔH). and indicate that the values of Δh and ΔH are independent of the rhizome burial depth; instead, they are only related to the diameter of the rhizome. For both the numerical simulations and the physical model experiment, the estimation errors of Δh and ΔH for the rhizome diameters can be constrained to less than 6% and 5%, respectively, which shows that the estimation of the rhizome diameters using GPR based RTM imaging technology is reasonable and eff ective and its high estimation accuracy meets the technical requirements.
Key wordsGround penetrating radar   western China mining area   RTM imaging   rhizome diameter estimation   
收稿日期: 2019-09-30; 出版日期: 2020-09-04
基金资助:

本研究由煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室开放基金(SHJT-16-30.18)、国家自然科学基金(41602364)、国家重点研发计划(2016YFC0801404)、中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室基金(SKLCRSM16DCB14,SKLCRSM17DC01)资助。

通讯作者: 崔凡(Email: cuifan@cumtb.edu.cn)      E-mail: cuifan@cumtb.edu.cn
作者简介: 崔凡,副教授、博士生导师、硕士生导师,2006 年于安徽理工大学资源管理系获学士学位,2009 年于中国矿业大学(北京)地球探测与信息技术系获硕士学位,2012 年于中国矿业大学(北京)地球探测与信息技术系获博士学位,现任职于中国矿业大学(北京)。主要研究方向为探地雷达原理与应用、电磁类应用地球物理方法、煤田应用地球物理。Email: cuifan@cumtb.edu.cn。
引用本文:   
. 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*[J]. 应用地球物理, 2020, 17(1): 154-166.
. GPR based RTM imaging technology for estimating rhizome diameters and application in the western China mining area*[J]. APPLIED GEOPHYSICS, 2020, 17(1): 154-166.
 
没有本文参考文献
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