無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用

臧廣平

(黑龍江省林業(yè)和草原第三調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150008)

森林資源調(diào)查是一項(xiàng)復(fù)雜且專業(yè)性較強(qiáng)的工作，在調(diào)查森林資源時(shí)需要運(yùn)用專業(yè)的調(diào)查方法和技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)森林資源的范圍、基本情況、物種多樣性等情況進(jìn)行調(diào)查，反映森林資源的現(xiàn)狀面貌，為森林資源管理與保護(hù)提供重要依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)森林資源的有效保護(hù)。近年來，隨著無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的高速發(fā)展與應(yīng)用，自然資源現(xiàn)狀調(diào)查工作效率得到有效提升，尤其是森林資源調(diào)查工作獲益匪淺。傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查方法以地面調(diào)查為主，需要工作人員深入野外完成全部工作，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、森調(diào)人員的人身安全也難以得到有效保護(hù)，而且調(diào)查范圍也較為局限，部分偏遠(yuǎn)困難地區(qū)人的足跡難以到達(dá)，調(diào)查區(qū)域不夠全面[1]。相比較于傳統(tǒng)調(diào)查方法，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠彌補(bǔ)上述不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)森林資源的宏觀調(diào)查，大大提升森林資源調(diào)查的工作效率，高效地完成森林資源調(diào)查任務(wù)。

1 森林資源調(diào)查及其意義

1.1 森林資源調(diào)查

森林資源調(diào)查工作內(nèi)容主要包含森林面積、森林蓄積、樹木種類以及生長(zhǎng)狀況和環(huán)境調(diào)查，并以此作為依據(jù)，制定森林資源發(fā)展計(jì)劃，以確保發(fā)展計(jì)劃符合森林資源的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)[2]?，F(xiàn)階段，對(duì)于森林資源的調(diào)查工作，主要分為以下幾種形式：(1)通過對(duì)森林資源的調(diào)查，可以掌握林地內(nèi)林木資源的種類、數(shù)量、生長(zhǎng)情況等內(nèi)容，結(jié)合現(xiàn)階段林地部門的工作實(shí)際，實(shí)現(xiàn)森林資源發(fā)展方向的制定，達(dá)到保護(hù)森林資源的目的，實(shí)現(xiàn)森林資源的科學(xué)利用。(2)區(qū)域的劃分，依據(jù)森林資源中現(xiàn)有的區(qū)域線，實(shí)現(xiàn)與實(shí)際政區(qū)之間的有效區(qū)分，全面落實(shí)森林資源保護(hù)工作。(3)依據(jù)林木種類進(jìn)行劃分，劃分成小區(qū)域，將林地間的權(quán)屬關(guān)系予以明確，實(shí)現(xiàn)對(duì)森林資源種類的有效管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)森林資源種類的豐富。(4)調(diào)查森林資源中樹木種類的生長(zhǎng)周期，依據(jù)樹木生長(zhǎng)周期的調(diào)查數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)森林資源的有效管理，提升森林資源的使用率，實(shí)現(xiàn)森林資源的有效保護(hù)與開發(fā)利用[3]。

1.2 森林資源調(diào)查意義

重視森林資源的調(diào)查工作，對(duì)林區(qū)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。運(yùn)用新型調(diào)查測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)森林資源基本情況有效調(diào)查，滿足林區(qū)可持續(xù)發(fā)展所需，為林區(qū)發(fā)展方向提供重要依據(jù)，制定科學(xué)措施實(shí)現(xiàn)森林資源的有效發(fā)展，既滿足林區(qū)發(fā)展所需，也實(shí)現(xiàn)林地資源的有效保護(hù)[4]。根據(jù)自然資源部、國(guó)家林業(yè)和草原局發(fā)布《關(guān)于開展2020年度全國(guó)森林資源調(diào)查工作的通知》，明確要求準(zhǔn)確查清全國(guó)及各省(區(qū)、市)2020年度森林資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，為履行“兩統(tǒng)一”職責(zé)提供支撐，為生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)評(píng)價(jià)考核提供科學(xué)依據(jù)。

2 森林資源調(diào)查與無人機(jī)航拍測(cè)量技術(shù)

現(xiàn)階段，我國(guó)林業(yè)部門傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查方式較為滯后，具有一定的局限性，無法實(shí)現(xiàn)森林資源的全面概括，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)森林資源變化的監(jiān)管年度化。隨著時(shí)代不斷發(fā)展，新型測(cè)量調(diào)查技術(shù)不斷創(chuàng)新，尤其是無人機(jī)技術(shù)得以快速發(fā)展，且被廣泛地運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域中。在森林資源的調(diào)查中，積極運(yùn)用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)，可以提升調(diào)查人員的工作效率，降低野外工作的風(fēng)險(xiǎn)性，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)森林資源調(diào)查技術(shù)的不足。轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)森林資源調(diào)查方式是一種技術(shù)的革新，推動(dòng)森林資源調(diào)查技術(shù)的快速發(fā)展，進(jìn)而提升森林資源調(diào)查的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性，全面性。

無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)屬于新型測(cè)量技術(shù)，相比較于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)具有較大的優(yōu)勢(shì)，其操作較為簡(jiǎn)單，適用范圍較為廣泛，能夠?qū)y(cè)量范圍的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋，確保工作人員獲得較為精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并以此開展森林經(jīng)營(yíng)工作。在森林資源調(diào)查中，主要運(yùn)用無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)的傾斜攝影技術(shù)、數(shù)字3D模型測(cè)繪技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)森林資源基本情況的調(diào)查了解，可以為林區(qū)規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持。無人機(jī)飛行平臺(tái)上放置拍攝設(shè)備可實(shí)現(xiàn)全角度的拍攝，獲取真實(shí)的遙感數(shù)據(jù)，滿足林地規(guī)劃所需。也可通過GPS系統(tǒng)或者IMU系統(tǒng)獲取真實(shí)數(shù)據(jù)信息，且以數(shù)據(jù)信息作為基礎(chǔ)構(gòu)建三維模型，促使森林資源現(xiàn)狀直觀地展示，完成森林資源基本情況的有效調(diào)查[6]。

3 無人機(jī)航拍測(cè)量技術(shù)在森林資源調(diào)查工作中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 研究方法

選取某林業(yè)局樣地，以有效像素為2430萬的無人機(jī)進(jìn)行拍攝，調(diào)查樣地區(qū)域情況，共計(jì)拍攝1458張照片，有效像片為452張，重復(fù)率達(dá)到85%以上，可以達(dá)到全面覆蓋的需求。選取林地中10株樹木進(jìn)行調(diào)查，分別采用傳統(tǒng)森林資源調(diào)查方法和無人機(jī)航拍測(cè)量技術(shù)，比較兩種調(diào)查測(cè)量方法的不同。

3.2 采用傳統(tǒng)森林資源調(diào)查方法

森林資源調(diào)查工作中，主要獲取樹木種類、胸徑、樹高、枝下高、冠幅、坐標(biāo)測(cè)量等數(shù)據(jù)信息，其中調(diào)查精準(zhǔn)的信息為樹木種類、樹木胸徑，而樹高、枝下高、冠幅、坐標(biāo)測(cè)量等數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確性缺乏，且測(cè)量調(diào)查工作所需時(shí)間較長(zhǎng)，工作效率較為低下，無法實(shí)現(xiàn)林區(qū)內(nèi)每株樹木的精準(zhǔn)測(cè)量，森林資源調(diào)查結(jié)果存在較大的誤差(表1)。

表1 傳統(tǒng)森林資源調(diào)查方法的測(cè)量數(shù)據(jù)整理Tab.1 Data Arrangement of Traditional Forest Resources Survey Methods

3.3 采用無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)

利用無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)對(duì)所選的10株樹木進(jìn)行調(diào)查測(cè)量，整理無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)航拍測(cè)量技術(shù)無法獲取樹木種類數(shù)據(jù)，但可以精準(zhǔn)獲取樹高、冠幅、坐標(biāo)測(cè)量等數(shù)據(jù)信息，針對(duì)樹木胸徑信息，其需要反復(fù)進(jìn)行測(cè)算，才能獲取精準(zhǔn)度較高的數(shù)據(jù)信息。另外，無人機(jī)航拍測(cè)量技術(shù)還可以獲取林地區(qū)域樹木密度、區(qū)域界限、林地面積等數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)林地森林資源信息的全面獲取，為林地利用森林資源奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)(表2)。

表2 無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)的測(cè)量數(shù)據(jù)整理Tab.2 Survey Data Arrangement of UAV Aerial Mapping Technology

可見，與傳統(tǒng)森林資源調(diào)查方法相比較，無人機(jī)航拍測(cè)量技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)總體上較為精準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)林地信息的全面測(cè)量，工作效率高，因此在森林資源調(diào)查中，可選取無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)查。

4 結(jié)論

在我國(guó)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展進(jìn)程中，現(xiàn)代化森林調(diào)查技術(shù)大大地節(jié)約了工作時(shí)間，提升工作效率，已在逐步替代傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查方法，克服了傳統(tǒng)方法工作量較大、工作時(shí)間較長(zhǎng)、誤差較大的弱點(diǎn)，滿足了現(xiàn)代森林資源發(fā)展所需。借助無人機(jī)航拍測(cè)繪技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)調(diào)查技術(shù)存在的不足，提升森林資源調(diào)查工作成效，為森林資源的開發(fā)利用與保護(hù)工作開展奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。