地下根系是树木的重要组成部分,在生态系统中扮演着非常重要的角色。然而树木根系在地下的生长纵横交错且分支众多,加之土壤的不透明性阻碍根系的检测,成为林木根系原位无损检测主要的技术瓶颈。传统的林木根系检测方法费时费力,且破坏性大。为了解决此难题,本文采用树木雷达对林木根系探测的方法,即电磁波通过介电常数不同的根系-土壤分界面时,在雷达图上形成清晰的双曲线反射,对林木根系实现真正的无损检测。基于此原理,本文的研究内容及所用到的方法如下:首先,从雷达波传播理论和反射理论阐述了树木雷达工作的基本原理,包括树木雷达的工作方式、树木雷达数据解释形式以及主要技术参数设备;其次简要说明了树木雷达回波双曲线的形成原理,按一定流程实现雷达回波信号预处理和杂波的抑制;从根系检测理论与根系无损检测现有研究出发,结合正演数值模拟实验和现场预埋控制实验分析研究不同根系生长分布情况对树木雷达根系检测的影响,并获得了不同根系敏感因素(直径、埋藏深度、垂直间距和水平间距、朝向)对树木雷达根系检测的影响规律;在正演模拟实验和预埋控制实验的基础上,实现随机霍夫变换算法对根系特征曲线的识别,使用对称度曲线与霍夫变换相结合的算法对不同根向的正演结果进行定位,进一步分析研究不同根向对雷达波信号传输的影响;此外,将正演模拟实验和控制实验对于根系探测的研究结论应用于颐和园现场实验,对松树和柏树现场地下根系雷达波图像进行分析以及合理预测地下根系分布。研究分析结果表明:(1)所采用的预处理方法对雷达波图像噪声和杂波的抑制有很好的效果;(2)树木雷达在检测地下根系过程中,根径越大,埋藏深度越浅,越容易被检测到;(3)根系的水平间距、垂直间距和根向也会影响树木雷达识别的准确性;(4)根系剖面双曲线顶点横坐标的识别精度比纵坐标高。研究结果可以为林木根系检测、地下生物量估计和根系分布三维绘制等方面提供理论基础。