無需開挖！即可監(jiān)測(cè)樹根分布及走向

引  言

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若您正籌備對(duì)某段道路實(shí)施開挖作業(yè)，為避免在施工過程中不慎挖到樹根、破壞周邊植物；或是災(zāi)后需對(duì)一些樹木開展根系狀況檢查，以防止因結(jié)構(gòu)不穩(wěn)而危及路人安全；又或者需要對(duì)重要植物、歷史文物進(jìn)行健康狀況探測(cè)，那么對(duì)它們的根系進(jìn)行檢測(cè)就顯得尤為關(guān)鍵。

本次案例主要對(duì)兩個(gè)區(qū)域的多棵樹木開展檢測(cè)，以了解地下樹根分布及走向，摸清地下環(huán)境。

挑  戰(zhàn)

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Proceq GS8000是一款單通道地下成像探地雷達(dá)系統(tǒng)，采用步進(jìn)頻率連續(xù)波（SFCW）技術(shù)，大幅提升了信噪比和動(dòng)態(tài)范圍。設(shè)備將電子元件集成在四輪手推車上，后輪配備兩個(gè)編碼器，可安裝兩塊可替換電池，支持全天不間斷數(shù)據(jù)采集。

值得一提的是，該系統(tǒng)搭配GNSS接收器MA8000，能實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位，讓每一組數(shù)據(jù)都有明確的空間坐標(biāo)。

在第一個(gè)檢測(cè)區(qū)域，工作人員推動(dòng)GS8000圍繞樹木沿直徑遞減的同心圓軌跡移動(dòng)。通過與GS8000無線連接的平板，使用GS應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)收集可視化探地雷達(dá)數(shù)據(jù)。

② 多通道探地雷達(dá)：Proceq GS9000

Proceq GS9000是一款可互換陣列模塊的多通道探地雷達(dá)（MCGPR）。多通道技術(shù)能在各個(gè)方向提供足夠的軌跡密度，搭配高精度定位系統(tǒng)，可生成高分辨率、易解讀的淺層地下水平切片圖像，清晰呈現(xiàn)曲線和點(diǎn)狀目標(biāo)。其通道數(shù)量最多可達(dá)50個(gè)，通道間距僅2.5厘米，準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)質(zhì)量能輕松捕捉到樹根等細(xì)節(jié)信息。

在第二個(gè)檢測(cè)區(qū)域，工作人員推動(dòng)GS9000沿一段較長(zhǎng)的道路移動(dòng)，通過平板實(shí)時(shí)查看全分辨率3D成像數(shù)據(jù)，成功識(shí)別出地下樹根的分布情況。

檢測(cè)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理

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兩款探地雷達(dá)的數(shù)據(jù)都可直接在現(xiàn)場(chǎng)使用平板完成后處理，也可稍后返回辦公室使用GPR Insights后處理軟件完成。借助其自動(dòng)處理功能和云計(jì)算能力，僅需幾分鐘就能自動(dòng)生成處理后的2D雷達(dá)圖和3D切片視圖，大幅提升分析效率。

由于GS8000的數(shù)據(jù)采集配備了厘米級(jí)精度的GNSS，深度切片結(jié)果可疊加在衛(wèi)星地圖上，能直觀了解測(cè)量范圍內(nèi)樹根系統(tǒng)的分布情況。只需雙擊任意位置，就能查看該位置實(shí)際深度的樹根結(jié)構(gòu)，定位精準(zhǔn)又便捷。

為了對(duì)單通道GPR數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入的分析，研究人員還使用GPR-Slice軟件對(duì)GS8000采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行高級(jí)3D處理和可視化。處理后得到一個(gè)3D柱狀數(shù)據(jù)集，中間的空洞代表樹干，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行切片和網(wǎng)格化處理，生成40個(gè)剖面。借助這些數(shù)據(jù)，能輕松確定樹根的準(zhǔn)確位置和異常情況。例如，3D圖像清晰顯示某棵樹的樹根大量分布在一側(cè)，深度從約12厘米延伸至60厘米，這種分布狀態(tài)并不理想（可能影響樹木穩(wěn)定性）。

單棵樹木在GPR-SLICE中的2D結(jié)果

（深度/時(shí)間切片視圖，平行于地面的橫截面）

GPR-SLICE中的3D結(jié)果

（橙色3D區(qū)域?yàn)楦叻瓷湔穹鶇^(qū)域，代表樹根結(jié)構(gòu)）

兩棵樹木周圍的GNSS定位投影在地圖上的效果

（綠色表示GNSS校正狀態(tài)佳，黃色表示校正狀態(tài)一般）

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而GS9000的多通道數(shù)據(jù)則呈現(xiàn)了不同的場(chǎng)景，成功檢測(cè)出道路沿線的樹根。借助GPR Insights軟件中易用的濾波功能，還能通過多種方式突出顯示樹根，讓分析更有針對(duì)性。

道路沿線樹根的遷移視圖

和非遷移視圖

結(jié)  論

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研究證明，Proceq GS8000和GS9000兩款探地雷達(dá)系統(tǒng)都是檢測(cè)樹根理想的可靠無損方法。速度快，對(duì)操作人員安全，且不會(huì)損傷樹根和土壤環(huán)境；若有需要，還可頻繁重復(fù)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樹根的長(zhǎng)期密切監(jiān)測(cè)。

本次研究還得出一個(gè)重要結(jié)論：將精準(zhǔn)定位系統(tǒng)與高密度探地雷達(dá)數(shù)據(jù)相結(jié)合，是繪制復(fù)雜樹根結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。