精密測量院影像大地測量學(xué)科組利用探地雷達(dá)（GPR）開展了青藏高原八一冰川和23k冰川厚度觀測實驗，針對GPR冰厚測量面臨的富含水冰層嚴(yán)重干擾問題，提出了一種富含水冰川冰下地形雷達(dá)探測新方法，有效提取了富含水冰巖界面起伏特征，顯著提升了高含水介質(zhì)場景下冰下地形的精細(xì)化探測能力。近日，相關(guān)研究成果已發(fā)表在《IEEE地球科學(xué)與遙感匯刊》（IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing）上。

冰下地形是山地冰川動力學(xué)模擬的核心參數(shù)，對于冰川物質(zhì)平衡、冰川孕災(zāi)過程與機制研究具有重要意義。受氣候“暖濕化”影響，我國山地冰川中含水介質(zhì)普遍增加，由于富含水冰川介質(zhì)中電磁波呈現(xiàn)顯著非線性色散特性，利用GPR探測冰川厚度面臨“測不準(zhǔn)”難題。

為此，研究團隊分別于2023年3月和2023年9月在八一冰川、23k冰川野外考察中共采集了12條GPR冰厚測線數(shù)據(jù)，并基于該數(shù)據(jù)構(gòu)建了富含水冰川場景下透視雷達(dá)波束畸變模型與冰巖界面探測模型，分析了冰川厚度測量誤差傳播特性，提出了粒子群-剔除平均-恒虛警檢測（PSO-CTM-CFAR）聯(lián)合的冰巖界面起伏特征提取技術(shù)，實現(xiàn)了低信噪比下冰下地形的精細(xì)化探測。

八一冰川與23K冰川位置及GPR測量路線

研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的圖像增強方法和其他經(jīng)典CFAR方法相比，PSO-CTM-CFAR方法使富含水冰川厚度測量誤差降低約30%；在低信噪比條件下，測量誤差降低約50%。此外，該研究首次獲得了23k冰川部分地區(qū)的絕對厚度數(shù)據(jù)，解決了傳統(tǒng)探地雷達(dá)技術(shù)難以探測富含水冰川冰巖界面的難題。

（a）-（c）八一冰川04測線冰巖界面起伏特征；（d）-（e）3種基于CFAR的方法的測量誤差對比

（a）-（c）23k冰川47測線冰巖界面起伏特征；（d）-（e）3種基于CFAR的方法的測量誤差對比

近年來，青藏高原地區(qū)突發(fā)性冰崩災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)厝嗣裆拓敭a(chǎn)安全，該研究提出的富含水冰川冰下地形雷達(dá)探測新方法，可為高含水介質(zhì)場景下的冰厚精準(zhǔn)反演和冰川災(zāi)害風(fēng)險評估提供重要技術(shù)支撐。

相關(guān)研究成果以“Thickness Measurement for Mountain Glaciers with Water-Rich Ice Based on VHF GPR and PSO-CTM-CFAR Detector”為題發(fā)表在《IEEE地球科學(xué)與遙感匯刊》（IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing）上，精密測量院為第一完成單位，博士后吳宇軒為文章第一作者，研究員江利明為通訊作者。

該研究得到國家自然科學(xué)基金項目（No.42174046）、湖北省自然科學(xué)基金重點計劃項目（No.2021CFA028）和湖北省自然科學(xué)基金計劃青年B類項目（No.2025AFB417）的聯(lián)合資助。

論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11142849