探地雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）探测技术在地球物理探测和浅表层测绘等方面具有快速、无损、分辨率高等突出优势，已成为最具潜力的浅表层遥感新技术之一，国内外研究人员已对该技术进行了大量研究。但由于受数据获取、数据处理和可视化等关键技术的制约，目前国内探地雷达探测技术的实用化程度尚不尽人意。本文结合国家科技部和江苏省国际合作科研项目的研究，重点对GPR探测中的散射建模、目标识别与提取、区域测量、可视化以及与3S技术集成等问题进行了较深入的研究，以提高测量效率、精度和数据的管理与表达水平。论文的主要研究成果和创新点包括：1．在总结GPR探测技术的发展现状和分析地下目标遥感特性、GPR探测及成像的基本原理和处理流程的基础上，阐明了利用GPR开展浅表层测绘研究的意义。2．在经典Maxwell方程基础上，采用二维、三维时域有限差分方法模拟了雷达波在有耗地电介质中传播的全过程，并对典型地下目标、复杂地形和高损耗介质中GPR探测进行了散射建模及实验比较，验证了高损耗地电模型散射建模及成像的正确性；在研究、分析地形因素对雷达剖面图像影响的基础上，提出了考虑地形改正的GPR数据处理方法。3．针对地下管线B-scan雷达探测数据，建立了地下管线所成像的双曲线特征模型，为管线的雷达数据判读和定量探测提供了理论基础；提出了基于广义Hough变换的地下管线提取方法；建立了管线的雷达反射波与管径之间的数学模型，验证了基于双曲线拟合、多次波反射间距两种管径测量方法。4．定量分析了测线、测点间距等因素对GPR区域测量的影响规律，设计了GPR区域测量方案；提出了一种基于序列B-scan图像的地下目标三维重建方法；5．以地下管线的空间分布特征为基础，提出了一种用于综合管网地理信息系统的一体化三维数据模型；综合利用组件对象模型、GDAL（Geospatial DataAbstraction Library）等技术实现了管线要素的可视化建模与三维显示，提出了一种基于顶点混合技术的管线衔接处的平滑处理方法，改善了管线要素的三维可视化效果。6．将3S技术集成应用于GPR的数据获取、表达和管理中，设计了GPS支持的区域测量方法；设计实现了地下管线探测数据处理与可视化原型系统，利用意大利RIS型、加拿大Pulse EKKO型等多套不同频率的GPR设备进行了地下管线探测和数据处理，对原型系统的可靠性进行了验证。