對加快發(fā)展江蘇林用無人機開發(fā)應用的思考

陳志銀，高 悅，仇才樓，王光標，解春霞，熊大斌

（1.江蘇省林業(yè)有害生物防治檢疫站，江蘇 南京 210036；2.江蘇省林業(yè)科學研究院，江蘇 南京 211153；3.新沂市森林檢驗檢疫站，江蘇 新沂 221400）

對加快發(fā)展江蘇林用無人機開發(fā)應用的思考

陳志銀1，高 悅2，仇才樓1，王光標3，解春霞2，熊大斌1

（1.江蘇省林業(yè)有害生物防治檢疫站，江蘇 南京 210036；2.江蘇省林業(yè)科學研究院，江蘇 南京 211153；3.新沂市森林檢驗檢疫站，江蘇 新沂 221400）

根據(jù)長期從事現(xiàn)代化林業(yè)建設和學習林業(yè)機械化應用工作的經(jīng)驗和體會，分析了當今林用無人機的發(fā)展現(xiàn)狀與存在問題，認為隨著江蘇林業(yè)的現(xiàn)代化、科學化、集約化經(jīng)營與發(fā)展，無人機的開發(fā)應用將在林業(yè)發(fā)展中起到重要作用。并結合江蘇林業(yè)發(fā)展的特點，對林用無人機在政策法規(guī)、行業(yè)標準、適用機型和綜合研發(fā)等方面進行了思考與探討。

無人機；林業(yè)；開發(fā)；應用；精準林業(yè)

無人機（Unmanned Aerial Vehicle）目前已應用于公安、消防、海運、氣象、航空拍攝、森林防火、農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)控及農(nóng)藥噴灑等領域［1－3］。本文結合江蘇林業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，對無人機在林業(yè)上的應用進行了綜述，并對開發(fā)應用無人機存在的問題和發(fā)展對策進行了思考和探討。

1 無人機在江蘇現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展中的作用與機遇

精準林業(yè)是當今世界林業(yè)發(fā)展的新熱點，它是由信息技術支持的一整套現(xiàn)代化林業(yè)操作技術與管理的系統(tǒng)［4］。精準林業(yè)技術體系是由信息獲取系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)與智能化林業(yè)機械等3個部分組成。目前，獲取信息的方式主要包括衛(wèi)星遙感、大型飛機航拍、定點攝像、手持或車載式信息采集和無人機信息獲取等［5］。傳統(tǒng)的林地信息獲取技術（如衛(wèi)星遙感、大型飛機航拍等）獲取的是宏觀信息，由于傳統(tǒng)信息的獲取方式受限于成本和作業(yè)周期等的影響［6］，其時效性較差且易受云霧的干擾，已難以滿足現(xiàn)代林業(yè)生產(chǎn)和信息獲取的需求。

江蘇地處暖溫帶與亞熱帶交界，為落葉闊葉林與常綠闊葉林的過度地帶［7］?！笆晃濉逼陂g，江蘇重大林業(yè)有害生物治理面積達53.3萬hm2次，常年發(fā)生面積10萬hm2左右。江蘇自然分布的病蟲種類繁多，全省有森林病害322種、蟲害752種，分別占全國的11%和15%，分布區(qū)域地形復雜，直接、間接損失重大，并且防治難度很大［8－9］。經(jīng)多年防治，松材線蟲病危害趨于穩(wěn)定，但防治難度逐年增大；楊樹食葉害蟲大規(guī)模發(fā)生或暴發(fā)成災的可能性越來越高；楊樹枝干害蟲發(fā)生范圍有擴大趨勢；有害植物及竹類害蟲將加重發(fā)生；美國白蛾已入侵并在局部地區(qū)造成危害，極有可能呈跳躍式擴散；防范舞毒蛾等外來有害生物入侵的形勢日趨嚴峻。今后一個時期，因為特定的地理位置和氣候、便捷交通和外向型經(jīng)濟、環(huán)境惡化和異常氣候、人工林比重和林種樹種單一程度增大等不可抗拒因素相互影響，江蘇林業(yè)有害生物災害將進入新的高發(fā)期，林業(yè)有害生物防控任務艱巨，正面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。

目前，林業(yè)有害生物綜合治理中化學防治的主要林用藥械為各類高揚程車載噴霧機及電動、手動施藥機，由于防治靶標樹木的高度常超出施藥范圍，對樹木上部蟲口密度較大的枝葉防效不佳［10］。有人駕駛飛機對林業(yè)有害生物進行防治適用于連片大面積林業(yè)病蟲害防治作業(yè)，受起降場地、使用地點、時間等限制，且飛行作業(yè)高度高，農(nóng)藥施用量過大，噴灑霧滴可控性差，易漂移靶標區(qū)，對空氣、水體及土壤造成滲透污染［11］。這對以丘陵山區(qū)、平原林海以及四旁綠化為主要林地類型的江蘇林業(yè)生態(tài)安全造成重大風險。

近年來，江蘇省森林病蟲害防控部門組織了一些林業(yè)有害生物專業(yè)化防治隊伍，配備了多種新型大中型森防器械，提升了裝備條件，提高了防治效率。為了更有效精準地對林業(yè)有害生物進行監(jiān)測和預警，解決常規(guī)地面森防器械難以進入林地核心區(qū)、揚程不夠以及防治強度大、施藥量大、效率低等問題。盡快利用更專業(yè)化、現(xiàn)代化的林用無人機對林業(yè)有害生物進行預測預報，并對林業(yè)有害生物進行精準施藥，進而最大限度提升防治效果、降低成本、提高森林防治效率的示范應用，已成為現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展的迫切需求和必備保障。目前，國內林用無人機技術的研究仍處于初級階段［12］。

無人機從行業(yè)應用的角度劃分，大致可分為軍工級無人機、工業(yè)級無人機和消費級無人機。工業(yè)級無人機和消費級無人機一般統(tǒng)稱為民用無人機［13］。無人機按照動力系統(tǒng)，可分電池動力與燃油動力2種。電池旋翼機動力系統(tǒng)核心是電機，機身小，但載重量小，單次飛行時間較短。燃油旋翼機動力系統(tǒng)核心是發(fā)動機，機身較大，載重量相對較大，單次飛行時間較長。旋翼無人機作業(yè)高度足可覆蓋高大樹木的頂端，同時可實現(xiàn)霧化噴藥，藥液漂移少；可空中懸停，與GPS系統(tǒng)配合可實現(xiàn)較高的位置定位；無需專用機場起降；旋翼產(chǎn)生的向下氣流有助于增加霧流對作物的穿透性，提高防治效果；單機防控極大提高單位勞動力效率。以上特點，使得林用無人機已成為現(xiàn)代化林業(yè)綜合立體防控體系中不可或缺的重要組成。

2 當今林用無人機發(fā)展現(xiàn)狀與存在問題

2.1 發(fā)展現(xiàn)狀

國外應用農(nóng)林航空技術比較發(fā)達的國家有美國、日本、俄羅斯、澳大利亞、巴西等［14］。美國飛機防治農(nóng)林面積占農(nóng)林總面積50%以上，全美65%的化學防治是采用飛機作業(yè)完成，飛機防治對農(nóng)林業(yè)的直接貢獻率為15%以上。日本的農(nóng)林航空作業(yè)面積占農(nóng)林總面積的53.8%，利用無人機作業(yè)面積占航空作業(yè)面積的38%，2012年日本已擁有農(nóng)林無人機2 400架以上，無人機操控人員14 163人。巴西在2008年3月注冊的航空器就已有10 417架，其中農(nóng)林無人機約1 050架，占總數(shù)的10%以上。

國內無人機在農(nóng)業(yè)上防治第1代玉米螟，防治效果60%～80%，玉米可增產(chǎn)10%～15%［15］。北京8家科研院校協(xié)作，開展衛(wèi)星導航無人機防治小麥蚜蟲技術的研究，結果證明無人機防治小麥蚜蟲無漏噴、重噴現(xiàn)象，農(nóng)藥霧滴均勻，滅蚜效果在90%以上［12］。無人機在林業(yè)上的應用研究較少，相對集中于森林防火領域［16］。李宇昊進行了無人機在林業(yè)調查中的數(shù)據(jù)獲取、處理、與實測數(shù)據(jù)對比和誤差分析的研究［17］。截至2012年，我國僅有100架左右無人機注冊在用，且農(nóng)林航空飛行時間占總航空飛行比例正逐年下降。這與我國提倡的林業(yè)現(xiàn)代化建設需要極不相符。2012年數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)林作業(yè)飛行時間較長的省份有黑龍江、山東、河北等，江蘇的飛行時間在全國各省份中排名第9。因此，盡快在江蘇推廣無人機在林業(yè)上的應用技術尤為迫切。

2.2 存在問題

首先，我國對無人機的管理和推廣還存在很多政策法規(guī)和行業(yè)標準的空白。2013年11月，民航局頒布咨詢通告《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》，該咨詢通告屬于臨時性管理規(guī)定，針對目前出現(xiàn)的無人機及其系統(tǒng)的駕駛員實施指導性管理。根據(jù)《暫行規(guī)定》，不超過7 kg的微型無人機，飛行范圍在目視視距內半徑500 m，相對高度低于120 m范圍內，由無人機系統(tǒng)駕駛員自行負責，無須證照管理。但對無人機應用中宏觀市場的準入條件、適航認證管理、飛行資質認證、飛行管制、從業(yè)人員技術培訓以及無人機安全性和技術參數(shù)要求等方面，還有很多問題有待解決。目前，我國低空領域（1 000 m以下）還未對民用開放，無人機在飛行使用中暫無明文規(guī)定要求，基本是依據(jù)慣例和多方協(xié)調的方式而行，無人機自身安全、攜帶物品安全、無人機對地面人和建筑的安全責任、商業(yè)保險等問題，都需要研究摸索，盡快建章立制，這是我國林用無人機產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可繞過的重要問題之一。

第二，國內外無人機研發(fā)存在的相同問題之一就是力量分散，資源有所浪費。相對來說，航空產(chǎn)業(yè)是一個高科技、高投入、高風險的行業(yè)，需集合有實力的產(chǎn)、學、研、商等系統(tǒng)群策群力，但現(xiàn)階段由于信息不暢等諸多因素，研究形式上大多封閉獨立，研究內容上有所重復，還未形成良好的合力?？沼虿倏剡b感無人機以及可以特殊圖像處理的專業(yè)人才相對稀缺。現(xiàn)階段市場上的無人機技術水平相對落后于發(fā)達國家，這在一定程度上制約了我國無人機的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

第三，無人機的商業(yè)化服務發(fā)展模式有待繼續(xù)提高。有些無人機企業(yè)雖然技術指標處在行業(yè)前列，但是產(chǎn)品定價過高，性價比差。雖然有一定的銷售，卻難以大范圍推廣。林用無人機的市場群體是林業(yè)合作社或林農(nóng)，若要大面積推廣，需考慮到無人機的經(jīng)濟指標，同時還要考慮到不同林地產(chǎn)權、具體林分組成和林業(yè)有害生物的發(fā)生情況，這些都成了無人機商業(yè)化大量使用的制約因素。

3 加速江蘇林業(yè)無人機開發(fā)與應用

隨著江蘇林業(yè)的科學化、現(xiàn)代化、規(guī)?；?jīng)營與發(fā)展，無人機的開發(fā)應用將成為林業(yè)發(fā)展中新的亮點與熱點，但在進一步應用無人機在林業(yè)上的實際作業(yè)還面臨著很多問題，有待解決。作為長期從事現(xiàn)代化林業(yè)建設和學習林業(yè)機械化進程的實踐者和關注者，筆者認為江蘇完全有政治、經(jīng)濟、科技實力，在林業(yè)無人機的開發(fā)和應用上取得進步。

3.1 加快對無人機管理的政策法規(guī)和行業(yè)標準制定

據(jù)悉，我國目前正在沈陽、廣州飛行管制區(qū)，海南島，長春、廣州、唐山、西安、青島、杭州、寧波、昆明、重慶飛行管制分區(qū)進行真高1 000 m以下空域管理改革試點，標志著我國低空空域資源管理由粗放型向精細化轉變。江蘇應緊隨時代步伐，加快對無人機管理的政策法規(guī)和行業(yè)標準制定。隨著國內低空空域的逐步有序放開，以及無人機適航法規(guī)的出臺，加快消除無人機行業(yè)推廣在政策上的障礙，促進無人機產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。

3.2 積極研發(fā)適合于林用的無人機機型及其系統(tǒng)總成

目前，農(nóng)林無人機主要在農(nóng)業(yè)上進行了應用，而林業(yè)相對于農(nóng)業(yè)有其自身的特點，也就需要無人機工業(yè)級的市場化細分，要求無人機的機型有別于農(nóng)用無人機。主要特點有：①林用無人機需要比農(nóng)用無人機續(xù)航時間更長。林地地形相對復雜，成片林區(qū)面積相對較大，一個架次的無人機飛行時間要求更長，這些特點需要無人機在燃料動力的效率和飛行時間上進一步提高，避免重復起落造成的資源浪費。②林用無人機需要比農(nóng)用無人機的載重量更大。隨著林用無人機飛行面積和時間的增加，對無人機載藥量的要求相對較大。同時，針對不同靶標林業(yè)有害生物的施藥噴頭和其他總成部件細化程度更高。③林用無人機需要比農(nóng)用無人機有更好的抗風穩(wěn)定性。農(nóng)業(yè)作業(yè)無人機飛行高度在距地面5 m范圍內，而林業(yè)作業(yè)要求無人機飛行高度在30 m左右，并且適合特殊地形地貌飛行，這些對無人機在自身重量和較高飛行高度條件下的防風增穩(wěn)性都提出了更高要求。④林用無人機要求功能兼容性更強的新機型?？梢源钶d可見光以及紅外光一體的攝像機及實時圖像傳輸系統(tǒng)，面向復雜的林地環(huán)境的地理信息獲取與路徑規(guī)劃及自動導航系統(tǒng)，同時能夠控制精準施藥或可進行生物天敵釋放的多功能無人機機型。

3.3 協(xié)同合作開發(fā)林用無人機

無人機本身就是一個多系統(tǒng)的飛行平臺，林用無人機更要求撇開行業(yè)壁壘，結合民航、測繪、消防、林業(yè)、氣象、遙感、機電等領域的領先技術與專業(yè)人員，在林業(yè)預警、飛行作業(yè)、地面協(xié)同等多方面，形成高度信息化、精準化、自動化的系統(tǒng)總集成［18］。

4 小結

隨著政策法規(guī)的完善和行業(yè)標準的制定，工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈配套的成熟，硬件成本不斷下降等利好條件出現(xiàn)，民用無人機市場引發(fā)了各創(chuàng)業(yè)企業(yè)及互聯(lián)網(wǎng)巨頭的介入。林用無人機的開發(fā)應用將在林業(yè)的規(guī)?；?jīng)營、精準控制及勞動力緊缺等條件下，發(fā)揮其自身優(yōu)勢，在飛機防治的平臺上成為現(xiàn)代化林業(yè)綜合立體防控體系中的重要組成部分。江蘇林業(yè)在改革開放的30 a以來，森林資源總量快速增長，城鄉(xiāng)生態(tài)面貌明顯改善，林業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟穩(wěn)步發(fā)展。在綠色江蘇建設的空間、經(jīng)濟、科技、法律、機制保障的良好環(huán)境下［19］，林用無人機的開發(fā)應用也將在綠色江蘇建設中起到重要的積極作用。

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Consideration on speeding development and application of forestry UAV in Jiangsu Province

CHEN Zhi-yin1，GAO Yue2，QIU Cai-lou1，WANG Guang-biao3，XIE Chun-xia2，XIONG Da-bin1

（1.Forestry Pest Management and Quarantine Station of Jiangsu，Nanjing 210036，China；2.Jiangsu Academy of Forestry，Nanjing 211153，China；3.Forest Quarantine Station of Xinyi City，Xinyi 221400，China）

By means of on the experience accumulated in modern forestry construction and the research of mechanization application for a long period of time，we analyzed the development situation and the problem of unmanned aerial vehicle（UAV）in forestry.The modernization，scientific and intensive management in Jiangsu Forestry were proposed，and the exploitation and application of UAV would play an important role in the development of forestry.The application of UAV in policy and legislation，industry standard，suitable model and comprehensive research was also discussed，combining with the characteristics of the forestry in Jiangsu Province.

UAV；Forestry；Exploitation；Application；Accurate forestry

S776.28

A

10.3969／j.issn.1001－7380.2015.04.012

1001－7380（2015）04－0048－04

2015-06-04；

2015-07-02

江蘇省林業(yè)三新工程項目“無人機防控重大林業(yè)有害生物技術集成與示范”（LYSX［2015］09）

陳志銀（1968－），男，山東寧津人，研究員級高級工程師，大學本科畢業(yè)，主要從事森林保護管理工作。