第八届青年地学论坛

西南喀斯特地区土壤单薄，地表土壤含水量估计对该地区生态系统保护、农业管理等具有重要意义。然而，大多数传统的测量方法，如时域反射仪（TDR），难以高效地绘制田间尺度的土壤含水量分布。本研究提出了一种采用无人机机载地质雷达（GPR），在地面以上不同高度进行空间扫描测量的技术。该方法利用反射波和直达波振幅的比率与GPR天线高度倒数之间的正比关系来估算地表反射率，进而依据土壤物理转换公式推求土壤含水量。本研究基于雷达点源假设推导了该线性关系，并利用gprMax软件的数值模拟结果证实了该关系。相对于以往的空射GPR方法，本研究提出的无人机机载地质雷达技术（UAV-GPR）去除了雷达发射功率稳定和测量高度固定等限制，避免了天线传递函数估计和地球物理反演计算，因此在野外应用中更加简单、方便。我们在长江河岸带和江心洲草地分别测试了该方法。野外测试结果表明，UAV-GPR测量的土壤含水量与使用侵入式测量方法（TDR）的测量结果相近。基于8个天线测量高度的UAV-GPR所估计的表面反射率和土壤含水量与TDR测量结果的均方根误差（RMSE）分别为0.03和0.05 cm³/cm³。多高度UAV-GPR方法的测量偏差主要来自于野外环境的影响，如地表粗糙度和植被覆盖率。总之，多高度无人机机载地质雷达技术（UAV-GPR）是一种测量区域地表土壤含水量的有效方法，其测量结果的分辨率和精度均优于卫星遥感技术，而区域测量效率又高于传统侵入式方法（如TDR）.
 

地表土壤含水量、无人机、地质雷达、时域反射仪