近日，我院程勤波副教授等在水文领域权威期刊《Water Resources Research》（IF：6.159）上发表题为“Estimation of Surface Soil Moisture by a Multi‐Elevation UAV‐Based Ground Penetrating Radar”的学术论文。
土壤水分观测在生态系统保护和农业管理等众多领域具有重要作用，然而，传统侵入式测量方法，如时域反射仪（TDR），测量效率低，不适用于区域尺度测量，而卫星遥感技术虽然测量区域大，但测量结果的分辨率低、精度差。为此，河海大学程勤波副教授等联合英国兰卡斯特大学Binley教授开发了无人机机载雷达探测土壤水分技术。该技术基于雷达地表反射波振幅与雷达高度间的反比例关系来测量地表反射率，进而利用土壤物理转化公式估计土壤含水量；采用无人机搭载地质雷达通过空间扫描方实现区域测量，并利用多高度测量方法减少观测误差，提高探测精度。该方法通过了数值模拟（gprMax）和野外测试等多种方式验证，其地表反射率估计误差为3%，含水量测量误差为 ±0.05 cm3/cm3。机载雷达技术有效地综合了传统土壤水测量技术与遥感技术的优势，既考虑了测量效率，又兼顾了测量精度，适用于区域表层土壤含水量调查，具有应用前景。
该研究联合了英国兰卡斯特大学Andrew Binley教授，得到了第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0207-02)、国家自然科学基金(42071039、42030506、U21A2004、41971028)等项目支持。
论文信息：Cheng, Q., Su, Q., Binley, A., liu, J., Zhang, Z., & Chen, X. (2023). Estimation of surface soil moisture by a multi-elevation UAV-based ground penetrating radar. Water Resources Research, 59, e2022WR032621.
https://doi.org/10.1029/2022WR032621
图1 空射雷达示意图：（a）原理图；（b）雷达信号特征参数图
图2 无人机机载雷达图：（a）结构草图；（b）原型机图
图3 测试草地地理特征：（a）正射影像；（b）地表高程
图4 无人机机载雷达草地测量结果：（a）无人机扫描点地表反射率；（b）利用克里金插值后地表反射率分布；（c）介电常数分布；（d）土壤含水量分布
