無人機(jī)技術(shù)在林地動(dòng)態(tài)監(jiān)管中的應(yīng)用

王生，李立

（1.湖北省林業(yè)局駐秦巴山區(qū)森林資源監(jiān)督辦，湖北 武漢430079；2.湖北省林業(yè)局駐大別山區(qū)森林資源監(jiān)督辦，湖北 武漢430079）

林地是森林資源的核心要素，是林業(yè)的立足之本和根基，是生態(tài)環(huán)境的重要載體，因此良好的林地管理是森林資源保護(hù)的基礎(chǔ)，事關(guān)林業(yè)發(fā)展和生態(tài)安全[1-2]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及城市化建設(shè)、各項(xiàng)工程建設(shè)、礦產(chǎn)開采等眾多領(lǐng)域都需要征占用林地，大量消耗了林地資源，開發(fā)與保護(hù)矛盾越發(fā)突顯，各地未批先占、少批多占、批東占西等違法違規(guī)占用林地的問題突出。由于建設(shè)項(xiàng)目使用林地點(diǎn)多面廣，且多數(shù)區(qū)域交通不便、地理環(huán)境較差，發(fā)揮無人機(jī)精準(zhǔn)、高效、安全、智能等優(yōu)勢對林地進(jìn)行全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測，可以及時(shí)預(yù)警、準(zhǔn)確核查和鎖定證據(jù)，為林地管理工作提供有力的技術(shù)支撐，有效提升林地管理能力和林業(yè)治理水平。

1 運(yùn)用無人機(jī)技術(shù)在林地管理中的優(yōu)勢

1.1 實(shí)地勘測精準(zhǔn)度高

傳統(tǒng)林地勘驗(yàn)中多運(yùn)用衛(wèi)片、地形圖人工勾畫或結(jié)合移動(dòng)終端進(jìn)行GPS 拐點(diǎn)定位，存在地形圖拼接錯(cuò)位、衛(wèi)片偏移等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)誤差和人工判讀的人為誤差。使用無人機(jī)進(jìn)行航拍形成高清正射影像，面積誤差可以控制在1 m2內(nèi)，大大提高了林地實(shí)地勘測的精度[3-4]。

1.2 動(dòng)態(tài)監(jiān)測具有即時(shí)性

目前，各地林地核查以衛(wèi)片判讀結(jié)合實(shí)地調(diào)查為主。林地核查中使用的衛(wèi)片多為上一年度航拍，時(shí)間上存在3～10 個(gè)月的滯后期；同時(shí)，部分山區(qū)由于天氣原因還存在連續(xù)多年云層遮擋不能及時(shí)更新衛(wèi)星影像。現(xiàn)代工程技術(shù)的快速發(fā)展，短時(shí)內(nèi)就能對林地造成大面積的破壞，如大型工礦開采15 d 內(nèi)即可侵占數(shù)十公頃林地。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常、及早排查和查處問題尤為關(guān)鍵。利用無人機(jī)可以獲取即時(shí)影像，準(zhǔn)確及時(shí)反映林地實(shí)況，為林地的動(dòng)態(tài)監(jiān)管提供有力支撐[5]。

1.3 對疑似圖斑核查效率高

傳統(tǒng)的疑似圖斑核查多采用移動(dòng)終端GPS 定位、邊線繞行等方式，效率不高，特別是對分散式多小班、山區(qū)線性道路的實(shí)地核查工作量大。以采礦區(qū)核查為例，面積10 hm2的區(qū)域邊線長度2～5 km，實(shí)地核查需要兩人花費(fèi)2～5 d；而采用無人機(jī)航測僅需1 人1 架次約30 min 即可完成，疑似圖斑實(shí)地核查無人機(jī)作業(yè)效率可以達(dá)到人工核查的10 倍以上[6]。

1.4 可有效克服地理限制

有些林地因地理?xiàng)l件受限，人工進(jìn)入難度大、危險(xiǎn)性高，特別是工礦區(qū)、山區(qū)道路、風(fēng)電工程等項(xiàng)目的施工階段，施工現(xiàn)場進(jìn)入困難且存在安全隱患，有些區(qū)域甚至無法進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地核查。運(yùn)用無人機(jī)技術(shù)，可以有效克服傳統(tǒng)林業(yè)工作中受到的地理限制與環(huán)境險(xiǎn)情，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)[7]。

2 應(yīng)用無人機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管林地的技術(shù)要點(diǎn)

2.1 技術(shù)準(zhǔn)備

對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的林地“一張圖”數(shù)據(jù)庫、建設(shè)項(xiàng)目審批紅線圖、公益林?jǐn)?shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，轉(zhuǎn)化成同一坐標(biāo)系數(shù)據(jù)。對衛(wèi)星影像、森林督查圖斑進(jìn)行疊加分析，進(jìn)行室內(nèi)判讀，擬定實(shí)地核查目標(biāo)。做好機(jī)器設(shè)備的調(diào)試，飛控、飛行器軟件系統(tǒng)需要同步更新，相互匹配。根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的特點(diǎn)和任務(wù)選擇飛行載荷并與飛行器進(jìn)行組裝調(diào)試，對飛行器的存儲(chǔ)設(shè)備SD 卡進(jìn)行檢查，預(yù)留足夠的存儲(chǔ)空間。

2.2 巡飛測量

起降點(diǎn)、操作臺(tái)應(yīng)選擇開闊無遮擋區(qū)域。地形復(fù)雜區(qū)域要對飛行區(qū)域內(nèi)的地形地貌進(jìn)行調(diào)查，對制高點(diǎn)、風(fēng)口、電磁干擾物、信號繞射物進(jìn)行標(biāo)注，起降點(diǎn)選擇時(shí)應(yīng)盡量避免這些危險(xiǎn)因素。做好飛行前檢查，對電池電壓、螺旋槳安裝、傳感器信號連接、磁場校定等逐一檢查調(diào)試。做好航線預(yù)規(guī)劃，現(xiàn)在多數(shù)操作平臺(tái)可對框定的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)航線生成，目標(biāo)范圍區(qū)劃盡量避免跨山脊作業(yè)以免信號中斷造成飛行器失控。飛行高度、速度均嚴(yán)格按照無人機(jī)操作指南要求設(shè)定在安全值范圍內(nèi)。關(guān)注任務(wù)執(zhí)行全過程，任務(wù)執(zhí)行過程中要密切關(guān)注飛行器的運(yùn)行狀態(tài)、任務(wù)載荷的工作狀況、操作平臺(tái)的連通狀況，確保安全飛行[8]。

2.3 數(shù)據(jù)處理

任務(wù)執(zhí)行完畢，應(yīng)對飛行器進(jìn)行檢查。先斷開飛行器電源，對螺旋槳、傳感器、電池等部件進(jìn)行檢查，如有損壞和異常應(yīng)予更換和維修。及時(shí)做好數(shù)據(jù)拷貝和備份，對航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行處理形成正射影像，導(dǎo)入Arcgis 中，與林地“一張圖”、審批紅線圖、公益林?jǐn)?shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，新建shp 圖層，勾畫出疑似圖斑進(jìn)行面積計(jì)算，導(dǎo)出地圖，形成林地核查本底數(shù)據(jù)，為林地動(dòng)態(tài)監(jiān)管提供數(shù)據(jù)支撐。

3 結(jié)語

應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對林地的精準(zhǔn)測算、動(dòng)態(tài)巡查、高效核查，具有機(jī)動(dòng)、時(shí)效性強(qiáng)、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、克服地形限制、安全系數(shù)高等優(yōu)勢，已在林地動(dòng)態(tài)監(jiān)管中被廣泛應(yīng)用。

當(dāng)前無人機(jī)應(yīng)用于林地動(dòng)態(tài)監(jiān)管還存在一些瓶頸。如無人機(jī)電池續(xù)航時(shí)間短、即時(shí)成圖難、林業(yè)專用軟件欠缺等，尚需結(jié)合林業(yè)行業(yè)特點(diǎn)進(jìn)一步研發(fā)和更新應(yīng)用軟件。目前無人機(jī)數(shù)據(jù)與林地監(jiān)管及林業(yè)行業(yè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)之間的端口、格式尚未統(tǒng)一，數(shù)據(jù)后期處理工作量大、難度高[9]。無人機(jī)應(yīng)用專業(yè)性強(qiáng)，需要林業(yè)、地理信息、計(jì)算機(jī)及無人機(jī)操控等多種知識(shí)和技能，目前林地管理相關(guān)專業(yè)技能人才較為緊缺。無人機(jī)應(yīng)用需要嚴(yán)格遵守相關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定，確保安全作業(yè)。