[发明专利]一种利用探地雷达数据构建树木根系三维图像的方法

权利要求书

1.一种利用探地雷达数据构建树木根系三维图像的方法，所述方法利用探地雷达测量树木的根所获得的探地雷达数据，构建所述树木的根系的三维图像，其特征在于，所述方法包括如下步骤： 

步骤A：围绕待测量的树木的树干绘制多条等间距的同心圆测线，将探地雷达的天线沿所述测线设置，利用所述探地雷达逐一测量每个所述测线正下方的树木根系的反射信号，对所述反射信号进行数据分析计算，获得每个所述测线正下方的树木根系的探地雷达数据。 

步骤B：设定所述探地雷达数据中，对于每一个探测点，将其标记为P_C，N，其中，C表示测线号，N表示该点在该测线上的位置序号，所述探测点P点信息表示为P_C，N(dis，dep，dia)，其中dis和dep表示该点在探地雷达数据剖面中的水平和垂直位置，dia表示该探测点处根的直径大小； 

步骤C：从最外圈测线的探地雷达数据开始，对于第C圈测线的探地雷达数据中的探测点P_C，N，在靠近所述树干方向的一侧的第C+1圈测线的探地雷达数据中，开一个矩形的搜索窗口； 

所述搜索窗口中心水平位置为W_cent，由如下公式确定： 

所述搜索窗口中心的垂直深度W_dep，由如下公式确定： 

W_dep＝P_C，N(dep)+a 

所述搜索窗口宽度为W_wid，高度为W_hig，对每一圈测线都使用相同的窗口，即可以设定： 

W_wid＝ω 

W_hig＝b 

上述公式中a、ω、b为常数，其大小由探测植株大小与使用的探地雷达参数决定，参考值：a=5±2.5cm，b>30cm，ω>50cm，r_C、r_C+1分别为第C圈、第C+1圈测线半径。 

之后，对于位于所述搜索窗口内的所有探测点P_C+1，N建立筛选函数： 

F＝f(P_C+1，N)·(P_C+1，N(dia)-P_C，N(dia)+d) 

其中，d为常数，参考值：d=0.1cm；f为距离加权函数，定义如下： 

找寻第C+1圈中使F大于0且F数值最小的那个探测点P_C+1，N′，即为P_C，N的根源，将P_C，N和P_C+1，N′连接起来，记为P_C+1，N′→P_C，N； 

步骤D：按上述步骤C处理完探地雷达数据中所有探测点后，可获得类似植株根系的拓扑结构如下: 

其中每一行表示一条根系从根颈到末梢的探测点序列； 

根据以上拓扑结构和之前获得的P_C，N(dis，dep，dia)信息，在三维绘图软件中，使用样条曲线连接各探测点，即可获得所述树木根系的三维图像。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述步骤C中，若在第C+1圈中未能找到根源，便在第C+2圈中按相同方法寻找根源，以排除遗失信号的干扰；若在第C+2圈中仍未找到根源，则认为此信号不属于该根系，将其与已连接至此信号的所有信号剔除，以排除非本植株根的信号的干扰。 

3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于，上述步骤C中，所述搜索窗口中心水平位置W_cent，其由如下公式得到， 

P_C，N为P_C-1，N′的根源。 

4.根据权利要求1或3之一所述的方法，其特征在于，上述步骤C中，所述搜索窗口宽度W_wid，其由如下方法得到，做一弧度为α的圆心角A，使得W_cent在角平分线上。角A与每条测线均有2个交点，之间的弧长即为窗口 的宽度，即可由下列公式得出， 

W_wid＝α·r_C+1。