干旱荒漠化矿区GPS反射信号土壤湿度反演.doc

干旱荒漠化矿区GPS反射信号土壤湿度反演
【摘要】采用gps信号反演土壤湿度具有重要的科学研究意义。对于干旱荒漠化矿区地表大多为裸地或低植被覆盖条件，适宜于土壤湿度的遥感。本文探讨了利用gps信号反演土壤湿度的理论和方法，在分析荒漠化矿区地表特点的基础上，讨论了在荒漠化矿区利用gps信号反演土壤湿度的可行性。
【关键词】gps反射信号；土壤湿度；荒漠化矿区
measuringsoilmoisturebygpsreflectedsignalsinariddesertificationminearea
dongxue－yuan1，2zhengnan－shan2
(1.keylaboratoryforlandenvironmentanddisastermonitoringofsbsm,chinauniversityofminingandtechnology,xuｚhoujiangsu,221116;2.schoolofenvironmentalscienceandspatialinformatics,chinauniversityofminingandtechnology,xuｚhoujiangsu,221116)
【abstract】itissignificanttomeasuresoilmoisturebygpsreflectedsignals.inaridminearea,ithaslowervegetationcoverrateduetolanddesertification.howeveritissuitabletomeasuresoilmoisturebyremotesensingwithinthiscontext.inthispaper,itprovidedthemethodologytomonitorsoilmoistureusinggpsreflectionsignalsanddiscussedthepotentialityandfeasibilitytoapplythisalternativeapproachforremotelysensingsoilmoisturewithinariddesertificationminearea.
【keywords】gpsreflectionsignals;soilmoisture;aridminearea
0引言
随着经济水平的提高，能源的大量消耗不可避免，煤炭的需求带动了大面积的煤矿开采。随之产生的生态环境问题比比皆是，地表变形、沉降导致土地荒漠化，不仅荒废了土地，而且带来了经济损失。荒漠化矿区多为裸地或低植被覆盖，生态系统极其脆弱，采矿对其影响显而易见[1-5]。控制地下水水位是生态脆弱矿区科学开采的核心[6]。土壤湿度，作为土壤质量的标志之一，说明土壤含水和持水能力，在荒漠化矿区极易受影响。近年来，矿区土壤湿度成为许多专家学者研究的热点。
全球导航定位系统（gps）自从问世已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。实践证明，gps系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。1993年m.martinneira(esa)提出从地球表面反射的gps信号可能检测到海洋卫星测高资料中直接信号和反射信号之间存在的延迟，开创了利用gps反射信号遥感海平面的先河[7]。gps系统l1（1.57542ghz）、l2（1.2276ghz）波段频率又是遥感土壤湿度的最佳频率[8]。根据gps反射信号功率与土壤介电常数存在一定的函数关系，土壤介电常数和土壤湿度也存在函数关系，利用grrsv.2系统[9]获取gps反射信号功率，根据函数模型反演出特定区域内的土壤湿度。鉴于荒漠化矿区多为裸地或低植被覆盖条件，适宜于土壤湿度信息遥感，本文将分析利用gps反射信号反演矿区土壤湿度的基本原理和方法，探讨其应用可行性。
1gps反射信号反演土壤湿度
利用gps反射信号技术可以实现对特定区域的遥感，这种技术被称作gps-r技术。研究土壤湿度在农学、气象学等多个领域具有十分重要的作用。关止等人提出利用反射gps信号遥感土壤湿度，是在传统微波遥感土壤湿度基础上的一项创新。李伟强等人研制出的grrsv.2系统为该创新的实施提供了硬件设施。
1.1原理和方法
1.1.1原理
基于gps-r技术的测量系统中，双基雷达结构是系统中的核心[10]。gps卫星发射载波信号（仅利用l1波段），经过特定区域地面的反射和散射作用，该散射主要与植被、土壤湿度和地表粗糙程度相关，通过接收机接收信号，利用函数模型可以反演出该区域的土壤湿度。
图1双基雷达结构图
1.1.2反演土壤湿度的函数模型
marttit.hallikainen[11]等提出