淺談無(wú)人機(jī)及遙感技術(shù)在山西林業(yè)中的應(yīng)用

柳 欣

(山西省林業(yè)技工學(xué)校，山西 太原 030003)

無(wú)人機(jī)及遙感技術(shù)可運(yùn)用在森林資源調(diào)查、森林巡護(hù)、病蟲害監(jiān)測(cè)、野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)與保護(hù)、森林防火及火災(zāi)應(yīng)急指揮、造林綠化及造林檢查驗(yàn)收等林業(yè)生產(chǎn)中。在環(huán)境條件惡劣的情況下，通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)林業(yè)工作的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，滿足林業(yè)的日常化管理，既可以降低人工作業(yè)量，有效保護(hù)森林資源，還可提高林業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，研究無(wú)人機(jī)及其遙感技術(shù)在林業(yè)發(fā)展及林業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用具有重要意義。

1 無(wú)人機(jī)及其遙感技術(shù)

1.1 無(wú)人機(jī)

無(wú)人機(jī)是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器，一般由飛機(jī)平臺(tái)系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)組成，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的遠(yuǎn)距離控制。

1.2 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)

無(wú)人機(jī)遙感通過(guò)無(wú)人機(jī)機(jī)載遙感設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)人機(jī)搭載高清攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、成像光譜儀、紅外熱像儀、GPS定位系統(tǒng)等任務(wù)傳感裝置，快速實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，采集影像數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)傳輸。與耗時(shí)費(fèi)力的傳統(tǒng)林業(yè)工作方法相比，無(wú)人機(jī)能快速調(diào)查分散區(qū)域的林業(yè)資源和監(jiān)測(cè)突發(fā)情況，并且在采集精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的過(guò)程中，不易受環(huán)境條件和天氣氣候的干擾，具有自動(dòng)化、智能化、快速獲取高分辨率空間遙感數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái)的出現(xiàn)，為林業(yè)工作提供了一種嶄新的技術(shù)手段。

2 無(wú)人機(jī)應(yīng)用在林業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)點(diǎn)

無(wú)人機(jī)具有體小便攜、云臺(tái)承載靈活多樣、飛行穩(wěn)定、高精確定位等優(yōu)點(diǎn)，可以承載攝像機(jī)、高分辨率相機(jī)、圖像傳輸以及前視紅外儀等設(shè)備，嚴(yán)格按照預(yù)先設(shè)計(jì)的飛行航線、高度等要求無(wú)縫監(jiān)測(cè)林區(qū)，從而完成在林業(yè)生產(chǎn)區(qū)域中的控制巡視。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)視頻圖像的實(shí)時(shí)傳輸以及高清照片的存儲(chǔ)等，之后將這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和情況及時(shí)提供給林業(yè)管理人員。

無(wú)人機(jī)重量輕、體積小，在環(huán)境復(fù)雜的林區(qū)起降平臺(tái)適應(yīng)性更強(qiáng)。多旋翼無(wú)人機(jī)在立地條件極差的林區(qū)，不僅可以做到垂直起降，還可以定點(diǎn)懸停、感知環(huán)境，飛行范圍極易受控，能為林區(qū)工作者提供更為智能的操作。

3 無(wú)人機(jī)在林業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 無(wú)人機(jī)在森林防火及火災(zāi)應(yīng)急指揮中的應(yīng)用

森林火災(zāi)是突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、處置救助較為困難的災(zāi)害。一旦發(fā)生森林火災(zāi)，會(huì)嚴(yán)重破壞森林結(jié)構(gòu)和森林環(huán)境，威脅林業(yè)生產(chǎn)，使整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)失去平衡，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)林區(qū)爆發(fā)森林火災(zāi)時(shí)，火場(chǎng)的能見(jiàn)度較低，危險(xiǎn)性極高，傳統(tǒng)的飛機(jī)巡護(hù)和森林消防作業(yè)等方法在火災(zāi)撲救工作中受到限制。

將無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)搭載上具有高清鏡頭的攝像設(shè)備和紅外成像系統(tǒng)，在保證安全的情況下近距離靠近火場(chǎng)，完成火情偵查和火災(zāi)探測(cè)，撲捉火勢(shì)實(shí)時(shí)狀態(tài)。再通過(guò)影像傳輸設(shè)備將火勢(shì)的視頻圖像實(shí)時(shí)傳輸給地面的指揮人員，指揮人員通過(guò)佩戴DJI飛行眼鏡可以觀察掌握火場(chǎng)信息，快速準(zhǔn)確部署消防作業(yè)，在盡可能減少森林消防人員傷亡的情況下，為火災(zāi)撲救工作提供全方位指揮，提高滅火效率。

此外，紅外成像系統(tǒng)還具備測(cè)溫功能，從其成像系統(tǒng)上獲取溫度異常點(diǎn)，可便于即時(shí)發(fā)現(xiàn)暗火火源，防止林火復(fù)燃，減少損失。

3.2 無(wú)人機(jī)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用

森林資源調(diào)查能夠及時(shí)掌握森林資源的數(shù)量、質(zhì)量、生產(chǎn)、消亡，以及自然環(huán)境與經(jīng)濟(jì)等條件之間的關(guān)系。最傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查方法是人工測(cè)量法，這種方法工作量大，加之山西省森林資源從南到北分布于太行山和呂梁山主脊兩側(cè)，許多地方受地理?xiàng)l件限制難以巡查到位,且調(diào)查結(jié)果易受人為因素干擾。之后，開始采用航片和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對(duì)森林資源進(jìn)行調(diào)查，但因傳統(tǒng)的載人飛機(jī)和衛(wèi)星易受空域管制和天氣氣候的影響，難以保證獲取影像的質(zhì)量。

無(wú)人機(jī)及遙感技術(shù)，具有效率高、對(duì)環(huán)境要求低等優(yōu)勢(shì)，能夠快速準(zhǔn)確地獲取林區(qū)的高精度林業(yè)資源空間遙感信息，通過(guò)后期數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，工作效率顯著。

3.3 無(wú)人機(jī)在野生動(dòng)植物監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，山西省森林蘊(yùn)藏著3 600余種動(dòng)植物資源。其中，珍稀瀕危保護(hù)物種有50種，如，褐馬雞、金錢豹、黑鸛；以及多種珍稀植物，如，刺五加、水曲柳、紅豆杉等。因此，對(duì)野生動(dòng)植物的監(jiān)測(cè)與保護(hù)具有重大意義。

無(wú)人機(jī)在野生動(dòng)植物資源監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)對(duì)目標(biāo)林區(qū)進(jìn)行各個(gè)角度、高密度的拍攝，能夠在第一時(shí)間獲取高清晰度的空中影像資料，以便掌握野生動(dòng)植物的資源狀況、數(shù)量和棲息地情況。搭配紅外設(shè)備的無(wú)人機(jī)還能實(shí)現(xiàn)晝夜錄像和夜間拍攝，有效避免了人工巡查的局限，大大減少了監(jiān)測(cè)巡護(hù)的成本。

3.4 無(wú)人機(jī)在造林綠化及檢查驗(yàn)收中的應(yīng)用

根據(jù)相關(guān)資料顯示，在難造林的生態(tài)脆弱區(qū)，借助無(wú)人機(jī)飛播造林可有效提高造林效率和質(zhì)量。搭載高清攝像設(shè)備的無(wú)人機(jī)能到達(dá)難造林種植區(qū)域，實(shí)時(shí)拍攝和傳輸高清的種植地形圖。在選定和分析種植地后，搭載造林樹種及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，根據(jù)播種方案和預(yù)設(shè)航線自助智能地飛播造林。同樣，也可以利用無(wú)人機(jī)搭載農(nóng)藥、化肥對(duì)林區(qū)進(jìn)行噴灑工作，既能有效避免操作人員跟農(nóng)藥等有害化學(xué)物質(zhì)的直接接觸，又能節(jié)約資源和成本。

傳統(tǒng)造林檢查驗(yàn)收方法是依靠檢查驗(yàn)收人員實(shí)地勘察來(lái)獲取調(diào)查結(jié)果。無(wú)人機(jī)能夠輕松翻山越嶺、高速度飛行、高精度拍攝，為檢查驗(yàn)收人員提供最真實(shí)的第一手影像資源，減少人為因素的干擾。后期經(jīng)過(guò)圖像處理和軟件分析，獲取造林樹種、造林小班面積、造林成活率、造林密度等調(diào)查數(shù)據(jù)，從而節(jié)省大量的人力和財(cái)力。李宇昊在《無(wú)人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)》中完成了數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比、分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差、尋找試驗(yàn)誤差原因的全過(guò)程,論證了無(wú)人機(jī)在造林檢查驗(yàn)收中的可行性。

4 展望

目前，無(wú)人機(jī)及遙感技術(shù)在林業(yè)生產(chǎn)中顯示出良好的發(fā)展趨勢(shì)，但還處于初級(jí)階段。隨著技術(shù)的日趨成熟，以及遙感技術(shù)的推廣、普及與應(yīng)用，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)將會(huì)在林業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮巨大作用，推動(dòng)生態(tài)林業(yè)和高新技術(shù)林業(yè)的發(fā)展。