在城市綠意漸濃、生態(tài)保護意識不斷提升的今天，如何科學、無損地探查樹木地下結(jié)構(gòu)，評估其健康與安全狀況，已成為園林管理、古樹保護及城市建設(shè)中的關(guān)鍵。點將科技有限公司（以下簡稱“點將科技”）攜手行業(yè)專家，于近期成功舉辦了一場聚焦于 TRU樹木雷達系統(tǒng) 的專業(yè)技術(shù)培訓，旨在賦能行業(yè)從業(yè)者，以科技透視大地，守護每一棵樹木的生命脈絡(luò)。

RU樹木雷達

    十多年來，非侵入性探地雷達在范圍內(nèi)已成功應(yīng)用于地下根系測繪。它能夠穿透瀝青、混凝土等堅硬表面，然后深入土壤，大規(guī)模識別根系及其深度。事實證明，這項技術(shù)對于樹木栽培、管養(yǎng)保護專家而言是一種非常有效的工具。

它的工作原理是什么？

探地雷達（GPR）是一項成熟技術(shù)，30多年來已在范圍內(nèi)應(yīng)用于眾多不同領(lǐng)域。雷達是一種目標探測系統(tǒng)，它利用電磁波（具體而言是無線電波）來確定移動和固定目標的距離、高度、方向（或深度）及速度。。例如，當你查看天氣預(yù)報時，實際上是在查看氣象雷達的數(shù)據(jù)——它能告知你所在區(qū)域何時、何地會出現(xiàn)強降水。雷達波在穿過云層時，會測量云層中的水汽密度及其移動速度。氣象學家借助這些信息，就能大致判斷降雨開始的時間和降雨量。目前，雷達已廣泛應(yīng)用于航空、汽車、樹木風險評估以及地下目標定位等領(lǐng)域。

在上方的根系檢測流程示意圖中，雷達就是通過以下方式探測地下根系的：技術(shù)人員會預(yù)先設(shè)定探測深度，當雷達天線沿地面移動時，每移動0.2英寸（約0.5厘米），系統(tǒng)就會向土壤中發(fā)射一道無線電信號。當這道信號遇到根系時，大部分信號會被根系反射回來，隨后精準地傳回天線內(nèi)置的接收器。這些數(shù)據(jù)會被記錄到現(xiàn)場計算機中。雷達正是通過這種方式區(qū)分根系與巖石、金屬碎片等其他物體的。舉個例子，就像使用探魚器定位魚類時，聲吶波會被魚體內(nèi)的魚鰾反射，從而顯示出魚的位置和深度一樣；探地雷達的原理與之類似，只是它使用的是無線電波。

盡管雷達成像無法生成單根或多根根系的實際圖像，但根據(jù)該技術(shù)與土壤剖面中根系的相互作用情況，它能生成根系預(yù)測位置的圖像。

根系數(shù)據(jù)分析

    上圖是土壤剖面 “虛擬溝槽視圖”，如同透過一扇窗口觀察土壤中的根系。具體來說，可以這樣理解：想象你正使用挖掘機挖掘一條深溝槽，挖掘過程中，會在土壤剖面的不同深度發(fā)現(xiàn)樹根；當溝槽挖掘完成后，你便可以走下去，站在溝槽底部，能看到挖掘溝槽時被切斷的所有樹根 —— 它們從溝槽不同深度的土壤中凸出來。觀察上圖中的每個 “×”，它們代表的就是土墻上被切斷樹根的位置，其中不同顏色的 “×” 對應(yīng)著樹根所處的不同深度。

   在上述項目的檢測結(jié)果中，雷達不僅確定了混凝土的厚度，還明確了樹根相對于混凝土板底部的位置。圖右側(cè)的兩條垂直綠線，是技術(shù)人員在掃描過程中，將天線移過混凝土表面裂縫時，在現(xiàn)場計算機上實際標注的標記點。

數(shù)據(jù)展示的不同方式

    除了我們剛剛討論的虛擬溝槽視圖外，該軟件還能以俯視圖的形式展示數(shù)據(jù)。在這里，你可以查看所有根系，甚至可以根據(jù)三個不同的根系深度類別來篩選根系數(shù)據(jù)。借助這一功能，你可以調(diào)整軟件參數(shù)設(shè)置，使其只顯示特定深度的根系，例如地表以下前40cm、40到60cm等深度的根系。

    軟件還能提供俯視空間視圖，它利用3D連線功能生成概念性的線條圖，根據(jù)你收集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)描繪出地下根系系統(tǒng)可能的樣子。在下方（右下側(cè)）的案例研究中，根系數(shù)據(jù)被疊加在場地地圖上，為建筑工地劃定了可視化的樹木保護區(qū)域（TPZ）。

TRU樹木雷達及其現(xiàn)場應(yīng)用

    對于仍在使用傳統(tǒng)根系定位方法的樹木栽培師而言，無損雷達成像技術(shù)為他們打開了以往無法企及的新大門。

Dave Dockter(加利福尼亞州,城市樹木栽培專家)

   在一項根系檢測項目中，正對“帕洛阿爾托紅杉樹”的混凝土擋土墻進行一系列40英尺的水平線掃描。

正在進行根系測繪，

涉及室外的一棵橡樹；

圖中他正在室內(nèi)的硬木和水泥地板上進行掃描，

以評估這棵樹的根系結(jié)構(gòu)。

正在游泳池壁上進行根系測繪。

未在照片中出現(xiàn)的大型紅杉樹被懷疑是造成這種混凝土損壞的原因。

使用400MHz的天線，

在橡膠人行道上檢查一棵膠皮糖香樹（Liquidambar styraciflua）的大型結(jié)構(gòu)性樹根。

在一家酒店的車道上探尋樹根。

這是一項樹木保護項目的一部分，該項目旨在保護這棵有100年歷史的無花果樹（Ficus macrophylla），為未來的建設(shè)做準備。

這項技術(shù)使用起來困難嗎？它的局限性是什么？

     探地雷達（GPR）范圍內(nèi)的主要用途是地下檢測、混凝土/鋼筋檢測。其他用途包括對“常規(guī)”物體的地球物理探測——灌溉和公用管道、墳?zāi)?、化糞池、地下含水層、管道泄漏等。根系是一個非常復雜且屬于“非常規(guī)”的檢測應(yīng)用，目前市面上開發(fā)出這種專門軟件包來解讀和繪制二維及三維地下根系布局、密度和形態(tài)的探地雷達系統(tǒng)來自TreeRadar公司。

     TreeRadar公司開發(fā)了名為TBA（根系分析軟件）的專用自動化軟件。從現(xiàn)場收集的根系數(shù)據(jù)會通過該軟件進行處理，最終生成根系測繪結(jié)果以及數(shù)據(jù)的各種呈現(xiàn)方式。這種分析過程可以在現(xiàn)場使用筆記本電腦進行，也可以在辦公室撰寫報告時進行，這是市場上的大容量根系檢測設(shè)備。

    目前，該軟件無法識別或顯示雷達在土壤剖面中遇到的多種不同大小的根系，這一重要功能仍在開發(fā)中。在尺寸算法完成之前，可以使用兩種不同的天線將根系分為兩個尺寸類別。900MHz的天線會發(fā)射高頻信號，能夠穿透土壤至1米深的位置。在穿透過程中，它會開始探測直徑為1cm及以上的根系。400MHz的天線功能相同，但會產(chǎn)生更低的頻率，可識別直徑更大的結(jié)構(gòu)性根系。這種天線會開始探測直徑為2.5cm及以上的根系，其探測深度可達3-4米。鑒于其探測深度方面的性能，在施工時。例如，當樹木專家需要在進行建筑施工或深挖溝渠之前，計算鄰近樹木結(jié)構(gòu)性根系的損失比例時，就會用到它。在軟件持續(xù)開發(fā)期間，使用這兩套設(shè)備將能為樹木栽培專家提供更多關(guān)于根系大小的信息。

   使用樹木雷達繪制根系圖的優(yōu)勢之一在于這項技術(shù)用于定位地下根系的方法。如前所述，雷達是一種目標探測系統(tǒng)，根系主要是通過其內(nèi)部的水分來識別的。健康的根系反射信號強烈；受損的根系反射信號微弱。被切斷或死亡（缺乏水分）的根系則沒有反射信號，不會在最終的分析結(jié)果中顯示出來。

    對于樹木學家來說，在對過去出現(xiàn)過樹干腐爛問題的樹木進行3級風險檢查時，這類信息至關(guān)重要。樹木學家根據(jù)這些數(shù)據(jù)能夠迅速發(fā)現(xiàn)，由于根系受損，可能還存在需要考慮的穩(wěn)定性問題。查看這類數(shù)據(jù)的方式是利用該軟件的空間俯視功能。通過這種方式，樹木學家可以直觀地看到那些通常應(yīng)該有根系但實際卻沒有根系的區(qū)域的空間布局。

    有時，被掃描的區(qū)域可能會帶來問題。有些土壤可能由各種不同類型的埋藏填充材料構(gòu)成。舉例來說：樹木生長的位置下方是建筑垃圾回填的，上方為表層土覆蓋。當對這個區(qū)域進行掃描時，雷達信號會毫無問題地穿過土壤，直到遇到外來的填充材料，之后，在含有填充物的較低層面，數(shù)據(jù)就會變得不可靠。因此，有時在遇到那些可能影響數(shù)據(jù)收集的情況之前，我們確實不知道自己要應(yīng)對的是什么情況。

   重黏土會對雷達信號產(chǎn)生影響。不同土壤層中高濃度的黏土會在反射的雷達波穿過土壤返回時降低其振幅（使其衰減）。這意味著，由于黏土的作用，當信噪比逐漸降低或減弱時，根系探測會變得更加困難。不過，如今TBA根系分析軟件中內(nèi)置了增強型信號處理濾波器，這大大提高了信噪比，使目標反射體（根系）在黏土中更易于探測，從而增加探測的可能。

來源：來自于Robert Booty (注冊咨詢樹木栽培師)；Robert Booty是第487號注冊咨詢樹木栽培師，擁有國際樹木學會（ISA）樹木風險評估資格，他是樹木栽培咨詢公司的顧問。48多年來，他一直從事樹木栽培實踐以及樹木的養(yǎng)護和研究工作。以上資料由其整理。