土地耕作是农业生产活动中的一个极其重要的环节,平地机、旋耕机等土地耕作机械在工作中与表土层土壤紧密接触,表土层（距地表40cm以内）存在着一些如金属、石块等硬质异物会对耕作机械造成损坏,严重时甚至会危害人畜生命安全。针对土地耕作机械在农田这种复杂环境的工作中,对于致损性硬质异物缺乏有效在线监测的问题,本文选取两种主流的无损检测（Nondestructive Testing,NDT）技术:超声NDT技术、探地雷达（Ground penetrating radar,GPR）技术,探索这两种技术是否可以应用于表土层土壤中的致损性硬质异物的原位、无损探测,从而为土壤耕作机械提供安全性预警。本文主要工作为:（1）超声NDT技术在致损性硬质异物探测中的应用研究。针对超声NDT技术能否应用在土地耕作机械上,从而实现表土层内致损性硬质异物的探测问题。本文首先基于GB/T 50123-2019、SY-T 6351-2012标准,搭建实验室超声脉冲速度（Ultrasonic Pulse Velocity,UPV）测试平台,对埋入硬物前、后两种状态下土样的声学参数进行测定;其次,从测试前期准备、实际测试中、数据采集与分析的维度对超声NDT技术可否应用于表土层中致损性硬质异物的原位、无损探测进行评判。最后结果表明:虽然UPV测试得到埋入硬物前、后两种状态下土样的声学参数有所差异,但是为了确保超声波换能器发射端有足够的能量传入到土样内部和接收端有尽可能多地接收到回波,需要在换能器上涂抹耦合剂、张贴铝箔以及收、发换能器水平对置放置等必要操作,给超声NDT技术在农田环境中的原位测量带来阻碍,即超声NDT技术的应用价值较低。（2）GPR技术在致损性硬质异物探测中的应用研究。为了更好地对探测得到的GPR数据进行解释,本文采用基于时域有限差分方法的开源GPR数值模拟工具gpr Max,分别从硬质异物的尺寸、掩埋深度、形状三个层面探讨其GPR反射信号差异,评估GPR技术是否可以应用在表土层中致损性硬质异物的原位、无损探测中。结果表明:GPR技术可以实现致损性硬质异物实现无损、原位测量,且硬质异物的尺寸越大,电磁波反射信号也就越强;掩埋深度越深,电磁波反射信号也就越弱,该数值模拟的结果也在下文的硬质异物探测试验中得到了佐证。（3）GPR探测试验及数据处理方法的研究。针对商业GPR数据处理软件存在着闭源、使用成本过高的问题,以及上文的GPR数值模拟部分存在缺乏对比验证的问题。首先,在华南农业大学土槽实验室内建立一个硬质异物探测模型,并通过MAL?GX GPR系统（中心频率为750 MHz）对试验数据进行采集。然后,提出一种基于R的GPR数据处理方法,在R中使用RGPR工具对由采集到的原始数据进行处理、分析。最后的结果表明:当中心频率保持不变,随着硬质异物掩埋深度的增大,原始的GPR剖面图中灰度越浅、识别效率降低;对原始数据处理后,在GPR剖面图中可以看到硬质异物的清晰显示;对处理后的数据进行双曲线拟合后,并从双曲线中提取到的顶点位置深度数据能够与试验设置的埋藏深度一致,随着硬质异物的尺寸逐渐增大,双曲线的曲率也逐渐增大,这与本文的数值模拟结果基本上一致。