CN106767371A - 一种探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法，所述探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法包括：设置雷达参数、设计探测路径、计算实际电磁波速度、计算实际复垦表土厚度；在设定电磁波速度v₁、设定表土厚度h₁和实际电磁波速度v₂已知条件下，计算出实际表土厚度h₂。本发明解决了传统探测方法费时费力，检查的复垦质量整体偏低的问题。一般复垦工程标准对表土覆盖厚度有具体要求，本发明采用的雷达探测是快速检测复垦覆土厚度是否达标，从而防止施工不达标带来的复垦质量偏低问题。

Description

一种探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法

技术领域

本发明属于利用探地雷达探测表土厚度技术领域，尤其涉及一种探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法。

背景技术

东部高潜水位采煤塌陷耕地复垦因塌陷深度较大，常采用充填复垦的复垦模式，即先充填充填物再覆盖表土，表土覆盖厚度一定程度上决定了复垦工程质量和复垦耕地土壤质量。但在实际施工过程中，常因各种客观因素的影响导致表土覆盖厚度的达不到设计标准。

传统方法通过挖掘土壤剖面检查表土覆盖厚度，但在实际验收过程中，常因传统检查方法费时费力而不纳入验收过程，从而导致复垦质量整体偏低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法，旨在解决传统探测方法费时费力，检查的复垦质量整体偏低的问题。

本发明是这样实现的，一种探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法，所述探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法通过探地雷达采用剖面法对复垦土壤进行雷达探测，快速获得表土覆盖厚度；

具体步骤包括：

设置雷达参数：雷达频率250MHz；时窗36ns；电磁波速度0.090m/ns；

设计探测路径：采用剖面法探测复垦土壤雷达图像，得到HD和DT₁格式文件，在EKKO-Project软件中通过增益减益处理分清复垦区的表土层和填充层，获得在设定电磁波速度v₁下的表土层厚度h₁；

计算实际电磁波速度：利用Topp公式计算实际土壤中介电常数ε，如公式(1)1，再根据介电常数与电磁波速度的关系，如公式(2)计算出实际土壤电磁波速度v₂；

ε＝3.03+9.3θv+146.0θv²-76.0θv³ (1)

其中，c＝0.300m/ns；

计算实际复垦表土厚度：在设定电磁波速度v₁、设定表土厚度h₁和实际电磁波速度v₂已知条件下，计算出实际表土厚度h₂，如公式(3)；

h_2＝(v₁×h₁)/v₂ (3)。

进一步，设计探测路径，具体包括：采用剖面法探测复垦土壤雷达图像，在复垦土地上设置测线，将发射天线和接收天线以固定间隔距离沿测线同步移动，采用滚轮触发的方式使天线发射电电磁波，得到探地雷达时间剖面图像，并以默认HD和DT₁格式文件储存在电脑中，用EKKO-Project软件打开格式文件，呈现所测剖面图像，通过增益减益使复垦区表土层和填充层出现明显分界，从而在深度刻尺上读出设定电磁波速度v₁下的表土层厚度h₁。

进一步，增益减益处理为：在输入功率相等的条件下，增加或减少电磁波在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比；即增加或降低雷达图像的对比度更好的分清分界线。

本发明另一目的在于提供一种利用上述探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法的探测仪。

本发明通过pulse EKKO型探地雷达采用剖面法对复垦土壤进行雷达探测，可快速获得表土覆盖厚度。

本发明解决了传统探测方法费时费力，检查的复垦质量整体偏低的问题。

本发明利用雷达检测引黄充填复垦耕地覆盖表土的厚度为39.7cm,接近通过剖面挖掘检查表土覆盖厚度40cm,说明改方法的精度较高，但通过挖掘剖面进行检查的方法较为费力，而雷达探测只需一人进行移动操作即可；另外在雷达图像上可以观测复垦土地一条测线上表土覆盖的均匀程度，这是传统手段无法达到的功能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法流程图。

图2是本发明实施例提供的发射天线与接收天线同步沿测线移动时，形成由多条记录组成的探地雷达时间剖面图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明采用了剖面法，是发射天线和接收天线以固定间隔距离沿测线同步移动的一种测量方式，发射天线和接收天线同时移动一次后获得一个记录。当发射天线与接收天线同步沿测线移动时，就可以形成由多条记录组成的探地雷达时间剖面图像。横坐标为天线在地表测线上的位置，纵坐标为雷达脉冲从发射天线出发经地下界面反射回到接收天线的双程走时。这种记录方式能准确的反映正对测线下方地下各个反射面的起伏变化。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法通过pulse EKKO型探地雷达采用剖面法对复垦土壤进行雷达探测，可快速获得表土覆盖厚度。

具体步骤包括：

S101:设置雷达参数：雷达频率250MHz；时窗36ns；电磁波速度0.090m/ns。

S102:设计探测路径：采用剖面法探测复垦土壤雷达图像，得到HD和DT₁格式文件，在EKKO-Project软件中通过增益减益处理分清复垦区的表土层和填充层，获得在设定电磁波速度v₁下的表土层厚度h₁。

S103:计算实际电磁波速度：可通过手持含水量测量仪快速检查土壤含水量，或实验室内烘干法测量，利用Topp公式计算实际土壤中介电常数ε(公式1)，再根据介电常数与电磁波速度的关系公式(公式2)计算出实际土壤电磁波速度v₂。

S104:计算实际复垦表土厚度：在设定电磁波速度v₁、设定表土厚度h₁和实际电磁波速度v₂已知条件下，可计算出实际表土厚度h₂(公式3)。

进一步，实际土壤中介电常数ε为：ε＝3.03+9.3θv+146.0θv²-76.0θv³ (1)。

介电常数与电磁波速度的关系为：

其中，c＝0.300m/ns。

进一步，实际表土厚度h₂为：h_2＝(v₁×h₁)/v₂ (3)。

进一步，S102设计探测路径，具体包括：采用剖面法探测复垦土壤雷达图像，在复垦土地上设置测线，将发射天线和接收天线以固定间隔距离沿测线同步移动，采用滚轮触发的方式使天线发射电电磁波，得到探地雷达时间剖面图像，并以默认HD和DT₁格式文件储存在电脑中，用EKKO-Project软件打开格式文件，呈现所测剖面图像，通过增益减益(采用对比增益Contrast gain)使复垦区表土层和填充层出现明显分界，从而在深度刻尺上读出设定电磁波速度v₁下的表土层厚度h₁。

进一步，增益减益处理为：在输入功率相等的条件下，增加或减少电磁波在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比；即增加或降低雷达图像的对比度更好的分清分界线。

本发明解决了传统探测方法费时费力，检查的复垦质量整体偏低的问题。

本发明实施例提供一种利用上述探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法的探测仪。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

实施例：

济宁市梁山县引黄充填复垦通过土壤剖面挖掘发现表土覆盖厚度在40cm左右，深层为充填黄河泥沙，并对样地进行雷达探测，由于电磁波在砂中的传播速度一般大于在土壤中的电磁波速度，所以该复垦方式下电磁波在表土层中的衰减相对严重。

设定速度v₁＝0.090m/ns；h₁＝0.3m。

不同剖面深度土壤体积含水量如下表：

ε＝3.03+9.3×0.329+146.0×0.329²-76.0×0.329³＝19.213

h_2＝(v₁×h₁)/v₂＝0.397

经雷达图像分析计算，济宁市梁山县引黄充填复垦土壤复垦厚度为0.397m，与剖面挖掘测量的表土厚度基本一致。

如图2是发射天线和接收天线以固定间隔距离沿测线同步移动的一种测量方式，发射天线和接收天线同时移动一次后获得一个记录。当发射天线与接收天线同步沿测线移动时，就可以形成由多条记录组成的探地雷达时间剖面图像。横坐标为天线在地表测线上的位置，纵坐标为雷达脉冲从发射天线出发经地下界面反射回到接收天线的双程走时。这种记录方式能准确的反映正对测线下方地下各个反射面的起伏变化。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法，其特征在于，所述探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法通过探地雷达采用剖面法对复垦土壤进行雷达探测，快速获得表土覆盖厚度；

具体步骤包括：

设置雷达参数：雷达频率250MHz；时窗36ns；电磁波速度0.090m/ns；

设计探测路径：采用剖面法探测复垦土壤雷达图像，得到HD和DT₁格式文件，在EKKO-Project软件中通过增益减益处理分清复垦区的表土层和填充层，获得在设定电磁波速度v₁下的表土层厚度h₁；

计算实际电磁波速度：利用Topp公式计算实际土壤中介电常数ε，如公式(1)，再根据介电常数与电磁波速度的关系，如公式(2)计算出实际土壤电磁波速度v₂；

ε＝3.03+9.3θv+146.0θv²-76.0θv³ (1)

$v=c/\sqrt{\mathrm{\ϵ}}---\left(2\right)$

其中，c＝0.300m/ns；

计算实际复垦表土厚度：在设定电磁波速度v₁、设定表土厚度h₁和实际电磁波速度v₂已知条件下，计算出实际表土厚度h₂，如公式(3)；

h_2＝(v₁×h₁)/v₂ (3)。

2.如权利要求1所述的探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法，其特征在于，设计探测路径，具体包括：采用剖面法探测复垦土壤雷达图像，在复垦土地上设置测线，将发射天线和接收天线以固定间隔距离沿测线同步移动，采用滚轮触发的方式使天线发射电磁波，得到探地雷达时间剖面图像，并以默认HD和DT₁格式文件储存在电脑中，用EKKO-Project软件打开格式文件，呈现所测剖面图像，通过增益减益使复垦区表土层和填充层出现明显分界，从而在深度刻尺上读出设定电磁波速度v₁下的表土层厚度h₁。

3.如权利要求2所述的探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法，其特征在于，增益减益处理为：在输入功率相等的条件下，增加或减少电磁波在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。

4.一种利用权利要求1所述探地雷达快速探测复垦土壤覆盖表土厚度的方法的探测仪。