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[期刊] 草业科学
[作者]
张午朝 马育军 李小雁 王雷
高原鼢鼠(Eospalax baileyi)是青藏高原特有的小型穴居动物之一,量化高原鼢鼠的洞道结构可以为深入研究其扰动对生态环境的影响奠定基础,而探地雷达方法可以无损、高效地获取地下洞道的结构特征。本研究借助探地雷达方法获得了高原鼢鼠洞道的深度、直径和走向,并与传统挖掘方法进行了对比,结果显示,探地雷达所得洞道位置与开挖样方所得洞道位置相符,两种方法得到的洞道直径和深度没有显著差别(P> 0.05),表明探地雷达方法可以得到较为准确的结果。高原鼢鼠洞道的深度介于1.6～19.8 cm,平均值为11.9 cm;直径介于2.1～14.4 cm,平均为9.1 cm;地下洞道略有起伏,但整体处于同一水平面内,地下洞道所处位置与地表鼠丘分布具有良好的对应关系,新鼠丘下方洞道较连续,旧鼠丘下方洞道较破碎。本研究通过探地雷达成功获取了高原鼢鼠洞道的结构特征,可以在此基础上进一步研究其扰动对土壤性质和植被特征的影响机制,全面评估高原鼢鼠在整个生态系统中的作用。
关键词：
洞道深度 直径 走向 探地雷达 高原鼢鼠
[期刊] 草业科学
[作者]
秦炎 秦彧 宜树华
高原鼠兔(Ochotona curzoniae)是栖息在青藏高原的一种植食性小型哺乳动物,其挖掘行为对高寒草地植被、生物多样性和物质循环等具有重要影响。已有研究大多是对高原鼠兔洞道的定性认识,缺少定量分析的研究。因此,本研究使用探地雷达对高原鼠兔洞道进行探测并通过实地解剖验证,旨在调查高原鼠兔的洞道结构,并分析探地雷达在高原鼠兔洞道探测的适用性。结果表明,1)不同样地类型高原鼠兔洞道结构差异较大,退化沼泽高原鼠兔洞道最为复杂;高寒草原高原鼠兔洞道仅有85cm,而高寒草甸高原鼠兔洞道最长可达560cm;2)不同样地类型探地雷达探测高原鼠兔洞道产生的波动数不同,退化高寒草甸、高寒草甸、退化沼泽和高寒草原平均波动数量分别为3.1、2.8、1.9和1.7个;3)探地雷达测量的高原鼠兔洞道波动数量与实际测量高原鼠兔洞口数量(R2=0.54,P<0.001)具有极显著的相关性。本研究发现,高寒草地高原鼠兔洞道结构复杂且不同样地类型差异较大;探地雷达在高原鼠兔洞道的探测方面具有一定的适用性和可行性,且该方法无损快速,可用于大范围高寒草地高原鼠兔洞道结构的调查研究。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
李爽 张潇巍 谭旭 徐凌飞 吕生华 文剑
【目的】使用深度学习方法实现对根系雷达图像的多目标检测和多参数估计。【方法】构建了一种以YOLOv5s和CNN-LSTM为主要框架的网络模型实现对根系雷达扫描图像的多目标检测和多参数估计。首先，通过仿真模拟和预埋试验获取试验所需的根系雷达剖面图数据，同时为了增加数据的多样性，使用CycleGAN风格迁移网络获取了一批具有真实雷达图像特征的仿真数据；然后，使用YOLOv5s目标检测网络识别并提取根系响应区域；接着引入频域变换，获取频域特征，并将根系雷达图像的时域特征和频域特征融合；最后，利用卷积神经网络、卷积注意力机制以及长短期记忆网络强调和提取与根系参数相关的信息特征，并使用多任务学习的方法实现对根系半径、深度、相对介电常数以及水平倾角的预测。【结果】（1）仿真试验中，根系半径估计的最大误差是4.3 mm,R2为0.980，均方根误差为1.32，深度估计的最大误差是35.1 mm,R~2为0.962，均方根误差为17.68，相对介电常数估计的最大误差是3.1,R~2为0.960，均方根误差为1.10，水平倾角估计的最大误差是10.2°，R~2为0.821，均方根误差是4.96。（2）在实测数据上对根系半径估计的平均相对误差是9.112%，深度估计的平均相对误差是5.772%，水平倾角估计的平均相对误差是11.25%。【结论】本文提出的基于深度学习与探地雷达的多目标检测方法可以为根系检测和根系参数估计提供便利。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
梁慧云 樊国秋 赵燕东 梁浩
【目的】为实现树木根系相对介电常数的定量估算，提出一种基于雷达波信号和树木根系参数的估算方法。【方法】首先，仿真模拟雷达波在不同半径、不同相对介电常数的树木根系下的传播路径，并通过正演分析获得探地雷达图像中双曲线顶点处的A-scan曲线；然后，提取A-scan曲线中与根系相对介电常数关联的目标振幅参数ΔF；最后，结合土壤相对介电常数、根系半径、根系深度，建立相对介电常数估算的数据集。分别基于偏最小二乘回归（PLSR）模型、反向传播（BP）神经网络模型和粒子群优化反向传播（PSO-BP）神经网络建立了估算模型，并对比分析了这3种模型的估算精度。【结果】（1）在仿真实验中，PSO-BP神经网络估算模型的均方根误差、平均绝对误差分别为0.701、0.255,R2为0.990，各指标均优于PLSR和BP神经网络估算模型。（2）在实地预埋实验中，PSO-BP神经网络估算模型的估算精度均优于PLSR和BP神经网络估算模型，其最大绝对误差和整体平均相对误差分别为3.16和10.88%。【结论】利用本研究提取的目标振幅参数ΔF、土壤相对介电常数、根系半径和根系深度建立的数据集，结合PSO-BP神经网络估算模型，能够实现对树木根系相对介电常数的准确估算。这对于评估树木根系的生长和健康状况具有重要意义。
[期刊] 自然资源学报
[作者]
王前锋 周可法 孙莉 秦艳芳 李广宇
试验点选择在古尔班通古特沙漠南缘中国科学院阜康荒漠生态系统研究站,以探地雷达为主要数据采集工具。结合探地雷达两种测量方式特点,提出了探地雷达最佳天线间距判定方法,达到快速测定中尺度土壤水分含量的目的。研究结果表明:固定天线间距测量下,得到最佳天线间距为1.9 m,提取了该天线间距下的地面波,进行了土壤含水量计算,测线上30.5 m点测定的土壤含水量与标后的时域反射仪法结果对比,在该试验点探地雷达地面波法测定上层土壤含水量的有效深度为20 cm,其偏差仅为0.015 m3/m3,精度能够满足实际需求,测线0～36.5 m间沙地上层土壤含水量表现出空间异质性,该方法能快速精确测定中尺度土壤含水量,...
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
邱啟璜 牛健植 王迪 吴昊阳 杨涛 杨书鉴
【目的】通过1 500 MHz探地雷达（GPR）对辽东老秃顶子国家自然保护区典型阔叶林蒙古栎地下粗根和石砾进行探测研究，对林木成林及其发挥水土保持功能提供理论参考。【方法】在试验样地内基于探地雷达探测技术，控制试验分析GPR反射波参数与根径和石砾直径的相关关系，建立有效的估算模型，识别林地粗根和石砾，确定其分布规律。【结果】（1）在控制试验条件下土壤粗根和石砾能有效识别，根径> 1 cm的粗根在雷达剖面能形成明显的双曲线波形，石砾为“黑-白-黑”的波形。（2）GPR反射波参数中总时间间隔与根径相关性最显著（P 3 cm的粗根主要分布在20～40 cm土层。在有效识别的基础上，各根径根系在分布密度最大值的土层识别精度可达50%以上；GPR对石砾数量识别精度在20～30 cm土层达到最大值26.9%，在30～40 cm土层识别精度最小仅为8%。【结论】探地雷达在特定条件下能有效识别根系，且总时间间隔参数对粗根根径估计效果较好，对于石砾识别效果较根系差。
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
李怡娜 徐国祺 王立海 阚相成 谢军明
【目的】目前，探地雷达常被应用于活立木缺陷、健康水平以及根系分布等的检测，检测系统中通常默认介电常数为固定值，但经初步研究发现，活立木的介电常数受环境及自身性质等的影响并不是一成不变的，在检测中使用默认的介电常数值会降低检测的准确性。因此，探究在不同应用条件下的活立木木材介电常数变化，建立各因素与介电常数值相关模型可为后续探地雷达检测活立木的应用中提供高精度的参考依据。【方法】本研究选用从黑龙江省星火林场采集的红松、樟子松、大青杨和水曲柳原木试件，根据探地雷达的应用条件，采用Agilent 4294A型介质频谱测试仪测量试件在不同含水率(范围为10%～100%)、不同温度(范围为-15～20℃)、不同外电场频率(范围为40 Hz～110 MHz)下的介电常数。分析不同应用条件下木材介电常数的变化趋势，并基于SPSS软件进行相关性分析，建立介电常数和各因素间的回归模型。【结果】木材含水率、外电场频率和环境温度对4种木材介电常数的影响规律相似。1)随着木材含水率的增加，介电常数呈现出增大的趋势。当含水率低于纤维饱和点时，介电常数缓慢增加；含水率高于纤维饱和点时，介电常数增加的速率变快。2)随着环境温度的增加，木材的介电常数整体呈现出增大的趋势。当含水率高于纤维饱和点时，介电常数值在0℃处出现突变。3)介电常数与外电场频率呈负相关关系，且随着频率的增大介电常数的下降趋势逐渐趋于平缓。4)在此温度区间内，介电常数与频率和含水率呈较为显著的相关性。通过回归分析，建立了介电常数的回归方程。【结论】实验结果表明环境温度、木材含水率和外电场频率均会对木材的介电常数造成影响。介电常数与含水率、环境温度呈正相关，与外电场频率呈负相关关系。含水率和外电场频率对木材的介电常数影响较大，环境温度次之。在实际应用中，可通过建立的回归方程来修正活立木的介电常数以提高探地雷达的检测精度，为活立木的精确腐朽检测提供依据。
[期刊] 草业科学
[作者]
商正昊妮 满都呼 袁帅 付和平 伟军 袁伟 徐凯 武晓东
头骨在哺乳动物各项生命活动中所携带的相关信息具有代表性，对头骨的研究可以为哺乳动物分类提供依据，还可以为探索哺乳动物适应性进化如何塑造物种形态积累基础性资料。为明确邻域分布的近缘种对所处生境产生适应性进化在形态上表现出的差异，本研究通过对东北鼢鼠(Myospalax psilurus)头骨(标本26号)与草原鼢鼠(M.aspalax)头骨(标本17号)外部形态比较，选取颅全长、基长、腭长、颧宽、眶间宽等13项具有代表性的形态指标，以体重作为协变量进行协方差分析。结果表明，两种鼢鼠的下齿列长在种内性别间均存在显著差异(P <0.05)。东北鼢鼠和草原鼢鼠在多个头骨形态指标中表现出差异。颅全长、基长、颧宽、齿隙长、上齿列长5项指标在两种鼢鼠至成体时期仍保持生长状态，东北鼢鼠生长部位较草原鼢鼠更为丰富，其眶间宽随体重的增加而变窄。
[期刊] 现代管理科学
[作者]
郑红权
[期刊] 浙江农林大学学报
[作者]
陈勇平 郭文静 唐启恒
【目的】开展木材内部孔洞的雷达检测研究，探讨该检测手段下孔洞成像的准度和精度，实现木材内部孔洞的雷达快速识别和定量表征。【方法】以古建筑木结构常用的马尾松Pinus massoniana木材和杉木Cunninghamia lanceolata木材为研究对象，采取人工模拟的方法在木段端部制作异型孔洞，并利用雷达扫描仪对带孔木段进行检测，比较分析直观成像技术与希尔伯特积算法、单路径数据提取合成以及成像轮廓多参数校正等处理方法之间的差异，提出基于雷达检测的木材内部孔洞面积测算与可行的修正方法。【结果】利用雷达无损检测技术可以对马尾松和杉木木材内部孔洞的存在进行快速识别，但其直观成像技术在定量评估方面误差较大，需进行相关的数据处理和修正；未经修正的雷达图像其预估孔洞面积小于实际孔洞面积，通过希尔伯特积算法演算或介电常数修正的雷达图像其预估孔洞面积与实际孔洞面积仍存在一定的误差；木材边缘与孔洞边缘的距离应按s_(3c)=(s_r-a)k_1k_2进行修正，即实际应用中根据树种和含水率所得到的介电常数仅为多参数校正中的一个因素；无论是否进行数据处理和修正，雷达检测难以准确识别孔洞的具体形状，应开展进一步研究。【结论】该雷达检测及修正方法应用于木材内部孔洞探测，综合树种和含水率数值，可确保孔洞面积识别误差小于30%。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
金伟正 孙原 李方玉
该文基于多分支特征融合的3D目标检测算法将无序的点云划分为规则的体素，利用体素特征编码模块和卷积神经网络学习体素特征，再将稀疏的3D数据压缩为稠密的二维鸟瞰图，最后通过2D骨干网络的粗糙分支和精细分支对多尺度鸟瞰图特征进行深度融合。该文实现了对多尺度特征的语义信息、纹理信息和上下文信息的聚合，得到了更加精确的原始空间位置信息、物体分类、位置回归和朝向预测，在KITTI数据集上取得优异的平均精度，并在保持一定帧率的同时具有较强的稳健性。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
覃晖 耿铁锁 谭岩斌 王骞
设计了跨孔雷达检测地下结构缺陷的实验系统,由地下连续墙模型和跨孔雷达系统2部分组成。内置缺陷的地下连续墙模型为钢筋混凝土结构,尺寸5.0 m×3.0 m×4.0 m,为跨孔雷达检测提供测试条件。跨孔雷达系统硬件部分采用步进频率体制,包括网络分析仪、控制主机以及收发天线等部分;软件系统可实现数据采集、显示和储存等功能。实验测试表明,该系统实现了跨孔雷达对地下结构内部缺陷的准确检测,创新性强,有助于激发学生的科研兴趣和探索精神。
关键词：
地下结构 无损检测 跨孔雷达 实验教学
[期刊] 林业科学
[作者]
李欢 李明泽 范文义 王斌
【目的】运用激光雷达技术识别提取林隙面积、边界木高和形状指数,为林隙结构参数调查提供技术支持。【方法】以机载激光雷达数据为数据源,以东北林业大学帽儿山实验林场内设置的5块林隙调查样地中的54个林隙为研究对象,通过对比普通克里金插值、反距离权重插值、样条插值、自然临近插值和局部多项式插值确定最优插值方法得到冠层高度模型,运用交替贯序滤波法对冠层高度模型进行林隙识别提取。【结果】通过对比5种插值方法的RMSE发现,普通克里金法适合插值DEM,反距离权重法适合插值DSM;采用交替贯序滤波法识别提取林隙时,林隙识别率为92.6%,运用配对检验法对提取的林隙面积、边界木高与野外调查数据进行检验,基于激光雷达技术提取的林隙面积和边界木高与野外实测值呈较强线性关系,R~2分别为0.983和0.737,其中提取的林隙面积与实测值平均相对误差为15.78%,林隙边界木高与实测值平均相对误差为11.94%。【结论】基于机载激光雷达数据采用交替贯序滤波能有效识别林隙且能准确提取其结构参数;坡度、坡位及冠层结构复杂程度都会影响冠层高度模型的插值精度;林隙面积提取受林隙边界形状和林层结构影响,林隙边界木高随着样地地形、坡度增加误差也随之增大。机载激光雷达技术具有获取地形和树木三维结构信息的优势,可为林隙识别及其结构参数提取提供新的遥感方法。
[期刊] 林业科学
[作者]
杨秀好 骆有庆 Gregg Henderson 毛立新
应用一种非破坏性的地球物理探测技术——雷达遥感技术,探测土栖白蚁巢穴。通过对金属管和蚁巢的掩埋模拟探测试验,测定地下目标影像尺寸,建立目标-影像尺寸线性关系模型,构建土栖白蚁蚁巢的二维和三维影像图;通过林地实地探测,获取不同目标反射的影像数据,有代表性地开挖验证,初步获得金属、树根、空洞和蚁巢4类地下主要目标影像特征;蚁巢尺寸的雷达遥感测量数据综合误差率为1.93%。雷达地下遥感探测技术是土栖白蚁监测和防灾减灾的有效辅助工具。
关键词：
雷达遥感 土栖白蚁 探测
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
陈勇平 高甜 李德山 郭文静
本研究以木结构古建筑常用的马尾松木材为研究对象,采取人工模拟的方法在马尾松木段端部制作中心空洞及外缘开裂的残损,通过开展残损木材的雷达探测及成像影响因素研究,给出不同残损在雷达检测下的表现形态,实现木材内部空洞和外缘开裂残损的快速识别及表征。研究结果表明:利用雷达无损检测技术可以实现木材内部空洞和外缘开裂残损的快速检出,而对残损大小的评估,雷达检测面积与实际残损面积存在偏差;当雷达探测到木材内部空洞时,其交界面会出现强烈的黑-白-黑形态图像,对应的反射波形为谷-峰-谷;当雷达探测到木材外缘开裂等凹陷特征时
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