农业机械学报

作者：张世文，周涛，王阳，程琦，冯志军，王维瑞

单位：安徽理工大学,安徽理工大学,安徽理工大学,安徽理工大学,安徽理工大学,北京市耕地建设保护中心,

关键词：复垦土层;探地雷达;希尔伯特-黄变换;时间序列

基金：2022年北京市创新团队——粮食作物团队土壤评价与质量提升岗位项目（BAIC02-2022）、安徽省自然资源科技项目（2020-K-8）、淮北矿业集团科技研发项目（2022-103）和国家重点研发计划项目（2020YFC1908600）

准确揭示动态沉降过程中土层厚度及其变化情况对合理确定覆土层厚度，科学评价复垦土体稳定性具有重要意义。通过野外试验，结合探地雷达数据，基于希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang transform，HHT）进行信号处理，根据希尔伯特谱确定覆土层所在的时域范围；提取由HHT获取的多个固有模态函数（Intrinsic mode function，IMF）的时间-瞬时频率信息，建立IMF2分量与相对介电常数的关系模型，进而获取覆土层厚度；将所建立的关系模型进一步应用于时间序列上的覆土层厚度的探测之中，实现覆土层厚度的动态探测。研究结果表明：覆土层下沉会引起层状介质之间的介电常数差异，进而导致分界面处的振幅变化；瞬时频率平均值与相对介电常数之间存在较高相关性，其利用多项式回归的建模决定系数R2达到0.8870；综合考虑时域下的振幅与瞬时频率变化的联合时频分析可有效探测覆土层厚度，随覆土层厚度的增加和时间的推移探测精度整体略有下降，探测结果的平均相对误差为3.65%。

来源：2023年第3期

《农业机械学报》期刊编辑部

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