王泽鹏，张潇巍，薛芳秀，文 剑，韩红岩，黄 莹

探地雷达树木根系定位与直径估算

王泽鹏1，张潇巍1，薛芳秀1，文 剑1※，韩红岩2，黄 莹2

（1. 北京林业大学工学院，北京 100083；2. 北京市颐和园管理处，北京 100091）

针对树木根系的探地雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）检测图像复杂、解译困难、自动化程度低且精度不高等问题，该研究提出了一种基于YOLOv3的树根自动识别和参数估计的方法。通过不同的根预埋试验分析了根直径、掩埋深度和朝向对根系识别和预测的影响，对比评估了在复杂现场环境下该方法与商业软件常用的阈值分割方法的识别效果。结果表明算法可实现根系自动提取和双曲线顶点定位，对根双曲线的识别准确率和召回率分别达到了96.62%和86.94%，根系参数预测的总平均相对误差在10.57%以内。该方法具有较高的识别准确率和鲁棒性，可实时地对树木根系进行检测并进行根系参数预测，对树木根系无损检测具有重要意义。

探地雷达；根系定位；YOLOv3；随机霍夫变换；Savizky-Golay滤波

0 引 言

树木根系作为重要器官在树木生长发育的过程中发挥了重要作用，其参与了土壤中的物质循环和能量流动[1]。根系探测的研究有助于进一步了解植物根系与土壤间的相互作用[2]，根系探测传统的挖掘方法（如挖掘法，根钻法等）十分复杂繁琐，不但会破坏土壤环境和树木根系，而且会受到试验场地条件和土壤表层状态的限制[3]，诸多的干扰因素和限制条件导致传统方法探测结果准确性较低[4]。

探地雷达作为一种无损检测工具，近年来已在树根探测研究中得到广泛应用[5-7]。……