若您正籌備對某段道路實(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)而危及人；又或者需要對重要植物、歷史文物進(jìn)行健康狀況探測，那么對它們的根系進(jìn)行檢測就顯得尤為關(guān)鍵。
本次案例主要對兩個區(qū)域的多棵樹木開展檢測，以了解地下樹根分布及走向，摸清地下環(huán)境。
挑戰(zhàn)
長期以來，樹根系統(tǒng)評估主要依賴以下幾種方式：
但這些方法不僅耗時耗力，還可能對樹根結(jié)構(gòu)和土壤環(huán)境造成不可逆的破壞，更無法實(shí)現(xiàn)長期連續(xù)的根系監(jiān)測。
探地雷達(dá)（GPR）是一種實(shí)用、有效且適合大規(guī)模根系檢測的無損檢測方法。高頻天線擁有優(yōu)異的全分辨率成像功能，可清晰識別直徑厘米級別的樹根。
然而在過去，探地雷達(dá)設(shè)備存在調(diào)試難度大、數(shù)據(jù)質(zhì)量低的問題，現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與查看也較為困難，還會出現(xiàn)多種虛假反射信號，干擾檢測結(jié)果。
解決方案
要實(shí)現(xiàn)有效精準(zhǔn)的樹根檢測，有兩種探地雷達(dá)（GPR）可發(fā)揮關(guān)鍵作用：單通道探地雷達(dá)和多通道探地雷達(dá)。兩款專業(yè)設(shè)備搭配強(qiáng)大軟件，可有效解決傳統(tǒng)探地雷達(dá)的應(yīng)用痛點(diǎn)。如下是采用兩款不同探地雷達(dá)對兩個不同區(qū)域的樹根進(jìn)行檢測的對比。
單通道探地雷達(dá)：Proceq GS8000
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)厘米級實(shí)時精準(zhǔn)定位，讓每一組數(shù)據(jù)都有明確的空間坐標(biāo)。
在一個檢測區(qū)域，工作人員推動GS8000圍繞樹木沿直徑遞減的同心圓軌跡移動。通過與GS8000無線連接的平板，使用GS應(yīng)用程序?qū)崟r收集可視化探地雷達(dá)數(shù)據(jù)。
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)量可高達(dá)50個，通道間距僅2.5厘米，優(yōu)異的數(shù)據(jù)質(zhì)量能輕松捕捉到樹根等細(xì)節(jié)信息。
在二個檢測區(qū)域，工作人員推動GS9000沿一段較長的道路移動，通過平板實(shí)時查看全分辨率3D成像數(shù)據(jù)，成功識別出地下樹根的分布情況。
檢測結(jié)果與數(shù)據(jù)處理
兩款探地雷達(dá)的數(shù)據(jù)都可直接在現(xiàn)場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。借助其自動處理功能和云計算能力，僅需幾分鐘就能自動生成處理后的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GS8000采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行3D處理和可視化。處理后得到一個3D柱狀數(shù)據(jù)集，中間的空洞代表樹干，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行切片和網(wǎng)格化處理，生成40個剖面。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）
而GS9000的多通道數(shù)據(jù)則呈現(xiàn)了不同的場景，成功檢測出道路沿線的樹根。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，讓分析更有針對性。
道路沿線樹根的遷移視圖（上圖）
和非遷移視圖（下圖）
結(jié)論：
研究證明，Proceq GS8000和GS9000兩款探地雷達(dá)系統(tǒng)都是檢測樹根理想的可靠無損方法。速度快，對操作人員友好，且不會損傷樹根和土壤環(huán)境；若有需要，還可頻繁重復(fù)檢測，實(shí)現(xiàn)對樹根的長期密切監(jiān)測。
本次研究還得出一個重要結(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。