無人機(jī)技術(shù)在重慶市國家儲(chǔ)備林建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用

吳天冬

(重慶市林業(yè)投資開發(fā)有限責(zé)任公司，重慶 401121)

無人機(jī)技術(shù)作為近幾年興起的一種技術(shù)手段，在林業(yè)建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。2019年落地的重慶市33.33萬hm2國家儲(chǔ)備林建設(shè)項(xiàng)目，其主要內(nèi)容是在重慶市自然條件適宜地區(qū)，通過人工林集約栽培、現(xiàn)有林改培、撫育及補(bǔ)植補(bǔ)造等措施，營造高標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)原料林、珍稀樹種和大徑級(jí)用材林等優(yōu)質(zhì)高效多功能森林。為實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)重慶市國家儲(chǔ)備林建設(shè)項(xiàng)目，引入無人機(jī)技術(shù)參與項(xiàng)目建設(shè)全過程管理。無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用使得項(xiàng)目中森林資源調(diào)查、森林經(jīng)營方案編制、營造林作業(yè)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量管理及災(zāi)情監(jiān)測處理的質(zhì)量和效率得到了明顯的提升，也為數(shù)字林業(yè)和林業(yè)大數(shù)據(jù)建設(shè)積累了豐富的無人機(jī)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

1 重慶市國家儲(chǔ)備林建設(shè)

近幾年，國家高度重視國家儲(chǔ)備林基地建設(shè)。自從2013年“國家木材戰(zhàn)略儲(chǔ)備基地”開展試點(diǎn)實(shí)施以來，國家儲(chǔ)備林建設(shè)項(xiàng)目就由政府主導(dǎo)，引入社會(huì)資本及兩行政策性資金，先后采取多種項(xiàng)目形式在我國29個(gè)省份落地開展，現(xiàn)有國家儲(chǔ)備林項(xiàng)目規(guī)模超過200萬hm2。

重慶市作為全國國土面積最大直轄市，轄區(qū)總面積824.00萬hm2，全市林地面積446.61萬hm2，商品林面積128.73萬hm2，是全國木材戰(zhàn)略儲(chǔ)備生產(chǎn)基地建設(shè)重點(diǎn)省(市)之一。重慶市國家儲(chǔ)備林建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)加快國家儲(chǔ)備林基地建設(shè)進(jìn)程，提高木材生產(chǎn)供給能力，維護(hù)國家木材生產(chǎn)安全，滿足國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)木材的需求，推進(jìn)長江流域的生態(tài)文明建設(shè)、構(gòu)建長江經(jīng)濟(jì)帶綠色生態(tài)廊道具有重要作用。項(xiàng)目布局在全市30個(gè)區(qū)縣，建設(shè)總規(guī)模為33.33萬hm2。重慶市林業(yè)生態(tài)建設(shè)暨國家儲(chǔ)備林項(xiàng)目(一期)擬用8年時(shí)間(2019～2026年)，建設(shè)國家儲(chǔ)備林基地22萬hm2，發(fā)展林下經(jīng)濟(jì)1.33萬hm2，開展森林多功能經(jīng)營0.4萬hm2，配套建設(shè)種苗基地、基礎(chǔ)設(shè)施及木材儲(chǔ)存加工貿(mào)易設(shè)施，將重慶市打造成林木種植產(chǎn)、供、銷為一體的、全國最大的復(fù)合型國家儲(chǔ)備林基地。

2 無人機(jī)技術(shù)在國家儲(chǔ)備林建設(shè)中的應(yīng)用

無人機(jī)技術(shù)現(xiàn)已日趨成熟，以大疆等廠商為代表的無人機(jī)廠商，其軟硬件水平已位居世界前列。無人機(jī)航拍操作相較原來已大大簡化，很容易實(shí)現(xiàn)區(qū)域自動(dòng)規(guī)劃航線，航線復(fù)飛等自動(dòng)化功能。傳統(tǒng)的林地影像圖主要為衛(wèi)星遙感圖，相比無人機(jī)影像有著成本高、分辨率低、精度差和更新不及時(shí)等缺點(diǎn)，與林業(yè)高質(zhì)量發(fā)展及林地精細(xì)化管理的要求還有一定差距。而通過無人機(jī)航拍影像拼接可快速形成高分辨率大比例尺的林地影像，能滿足國家儲(chǔ)備林建設(shè)對(duì)高分辨率、高精度和實(shí)效性的要求。同時(shí)，無人機(jī)航拍拼接的正射影像圖可與現(xiàn)行的林地管理軟件ArcGIS無縫銜接，稍加校正即可疊加使用，實(shí)現(xiàn)快速分類區(qū)劃小班等功能。而無人機(jī)靈活機(jī)動(dòng)的特性，也廣泛應(yīng)用于林地巡檢、造林工序、撫育驗(yàn)收，森林資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測等多方面。

2.1 現(xiàn)有林地資源調(diào)查

現(xiàn)有儲(chǔ)備林基地的森林資源調(diào)查，是國家儲(chǔ)備林項(xiàng)目建設(shè)的基礎(chǔ)，也是核心任務(wù)之一。通過無人機(jī)航拍影像，快速獲取林地的DSM(數(shù)字表面模型)，進(jìn)一步獲得林地的正射影像圖、小班分類經(jīng)營圖等專題圖，落實(shí)林地邊界位置。此外對(duì)于單一樹種的人工商品林地，還可通過圖像識(shí)別技術(shù)結(jié)合數(shù)字高程模型，快速獲取林地面積、林木株數(shù)、樹高、冠幅等數(shù)據(jù)，為國家儲(chǔ)備林建設(shè)項(xiàng)目現(xiàn)有林地資源數(shù)據(jù)基礎(chǔ)資料，對(duì)原先未及時(shí)調(diào)整的林地變更數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充和修訂，為國家儲(chǔ)備林實(shí)施方案的編制和營造林作業(yè)設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確，可靠的第一手資料(圖1)。

圖1 重慶市奉節(jié)縣國有林場國家儲(chǔ)備林資源調(diào)查航拍圖及DSM

2.2 營造林作業(yè)設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量驗(yàn)收

傳統(tǒng)的營造林作業(yè)設(shè)計(jì)，需要由技術(shù)人員到林地現(xiàn)場，實(shí)地勘察每個(gè)小班的情況并由經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員進(jìn)行勾繪，工作量十分巨大。通過無人機(jī)航拍影像，與傳統(tǒng)作業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)同操作，可大大減少在作業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行造林地實(shí)地勘察的時(shí)間，又提高了勾圖準(zhǔn)確率(圖2)。

圖2 營林作業(yè)設(shè)計(jì)航拍影像疊加圖

由于前期作業(yè)設(shè)計(jì)中無人機(jī)的參與，對(duì)營造林生產(chǎn)實(shí)施中的質(zhì)量檢查與管理十分方便。前期作業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)的航線可執(zhí)行復(fù)飛航線操作，即可形成作業(yè)前后對(duì)比圖，實(shí)時(shí)對(duì)比實(shí)施效果，特別是針對(duì)新造林中清山、整地挖穴、植苗補(bǔ)苗、造林成活率、清林撫育，林窗補(bǔ)植等工序的驗(yàn)收，有極大的作用，解放了管理人員的生產(chǎn)力，大大提高了生產(chǎn)效率(圖3)。

圖3 重慶市奉節(jié)縣國有林場國家儲(chǔ)備林帶狀清林驗(yàn)收視頻截圖

2.3 森林資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測及災(zāi)情處理

由于無人機(jī)技術(shù)的參與，使得森林資源管理和動(dòng)態(tài)監(jiān)測的實(shí)現(xiàn)非常方便。針對(duì)單一地塊不同時(shí)間的航拍影像疊加，可直觀分析營造林及撫育措施的效果，針對(duì)有效措施及時(shí)推廣、效果差的及時(shí)分析原因及提供解決對(duì)策，驗(yàn)證反饋周期大大縮短。此外，針對(duì)同一時(shí)間不同地塊的航拍影像，可分析不同營林措施的實(shí)施效果，獲取質(zhì)量與效益間的平衡。此外，結(jié)合林地資源一張圖和多年積累的林地資源動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，可以采用類區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)林地動(dòng)態(tài)化管理及智能巡護(hù)，每塊林地可追溯，杜絕弄虛作假和巡護(hù)不到位的現(xiàn)象發(fā)生。

森林經(jīng)營過程中難免出現(xiàn)火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)、蟲災(zāi)、旱災(zāi)等各種自然及人為災(zāi)害事件，這些時(shí)間往往伴隨著短時(shí)間快速處理和實(shí)時(shí)準(zhǔn)確評(píng)估受災(zāi)損失的需求，無人機(jī)技術(shù)的即時(shí)性和靈活性，很好的滿足的災(zāi)情處理的工作要求，在避免作業(yè)人員二次傷害，指導(dǎo)救災(zāi)復(fù)產(chǎn)工作中起到重要作用(圖4)。

圖4 重慶市綦江區(qū)國有林場國家儲(chǔ)備林火燒跡地恢復(fù)航拍圖

3 結(jié)語

無人機(jī)技術(shù)在重慶市國家儲(chǔ)備林建設(shè)項(xiàng)目中發(fā)揮了不可替代的作用，首先通過無人機(jī)輔助森林資源調(diào)查，將國家儲(chǔ)備林基地的現(xiàn)有林地資源狀況如實(shí)反映，形成高分辨率的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；其次，結(jié)合無人機(jī)影像開展的森林經(jīng)營實(shí)施方案編制和作業(yè)設(shè)計(jì)，可以打通作業(yè)設(shè)計(jì)和工程管理的時(shí)間屏障，大大降低了工地管理和驗(yàn)收難度，提高效率；最后，無人機(jī)的實(shí)時(shí)反應(yīng)特性，處理信息的速度大大提高，使得森林資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測及災(zāi)情處理更為高效快捷。無人機(jī)技術(shù)作為重慶市國家儲(chǔ)備林建設(shè)項(xiàng)目中貫穿始終的技術(shù)環(huán)節(jié)，展現(xiàn)出了極強(qiáng)的拓展性和不可替代性，有助于無人機(jī)技術(shù)在國家儲(chǔ)備林建設(shè)項(xiàng)目中盡快推廣應(yīng)用，推動(dòng)數(shù)字林業(yè)和林業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)和實(shí)施。