無人機遙感技術(shù)在林業(yè)資源調(diào)查與監(jiān)測中的應(yīng)用分析

周輝

（信宜市林業(yè)事務(wù)中心，廣東信宜525300）

森林資源的調(diào)查與檢測是一項綜合性工作，是林業(yè)工作開展的重要前提，也是進行林業(yè)工作的必要條件，是工作者掌握森林狀態(tài)的必要形式之一，可以輔助林業(yè)工作人員進行長期的林業(yè)管理規(guī)劃以及制定詳細(xì)的管理度對策。從當(dāng)前調(diào)查情況來林業(yè)工作人員在林業(yè)調(diào)查和監(jiān)測方面存在很多問題，而主要原因是我國廣袤地區(qū)缺乏人煙，地形復(fù)雜加上林區(qū)面積大，很難對森林資源實現(xiàn)全面而實時的監(jiān)測與控制。

1.無人機遙感技術(shù)

1.1 特征

實現(xiàn)應(yīng)急飛行，當(dāng)遭遇室外各種突發(fā)狀況與重大污染、火災(zāi)等事件的時候無人機能夠代替人工進行監(jiān)測與管理，實時傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，借助遠(yuǎn)程遙控就能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)地區(qū)的拍攝，隨時將這個地區(qū)的各種情況來監(jiān)測管理，能夠反映出森林火災(zāi)與污染等情況，同時將情況傳遞給專業(yè)人員。第二個特征是遙感技術(shù)快速發(fā)展，傳輸影像資料非常清晰，無人機航拍能夠控制飛行高度，而無人機的飛行高度并不高，空間分辨率非常高，分辨率在厘米之間。第三個特征是無人機重量比較輕，飛行方式靈活，能夠滿足各種航拍要求，以及能夠給在高度1000M范圍內(nèi)隨意拍攝，不需要特殊申請，而且可以在全國范圍內(nèi)開展監(jiān)測活動。第四個特征是經(jīng)濟使用成本不高，和衛(wèi)星、航空遙感等平臺相比無人機的成本低廉，飛行成本和維護成本都比較低。只需要有需求、有能力，任何人均可以開展無人機的拍攝工作。

1.2 問題

無人機遙感技術(shù)在具體使用過程中也存在問題，無人機飛行在低空自然狀態(tài)下存在很多影響因素。比如大型無人機無法在植被茂密的地區(qū)隨意升降，而小型無人機的升降、工作會受到氣流等自然因素的影響。這些現(xiàn)象的存在不僅僅導(dǎo)致無人機的工作不能順利進行，甚至?xí)?yán)重?fù)p壞無人機機身。在新時期的發(fā)展當(dāng)中人們應(yīng)該更多將目光放在提高無人機的穩(wěn)定性與提高機身性能方面入手，克服這些因素帶來的不利影響來改善行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。

1.3 無人機飛行類型

無人機型號各異種類不同，因此在進行區(qū)分的時候可以根據(jù)飛行重要、巡航時間、飛行動力、飛行方式等來進行區(qū)分。從重量方面來看無人機可以分為微型無人機、輕型、中型、大型幾種。小于5Kg為微型無人機，國內(nèi)愛好者多采用這種機型。50~50kg之間是輕小型，根據(jù)重量隨之被稱為中型、重型、朝中性無人機。

2.無人機遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查和監(jiān)測中的價值

2.1 預(yù)防森林病蟲害

近年以來我國在植樹造林與水土保持工作方面取得了比較驚人的成績，成績可喜，但是整體上來看整個生態(tài)是脆弱的，病蟲害的發(fā)生能夠輕易摧毀現(xiàn)有成就。因為生態(tài)系統(tǒng)相對脆弱，因此需要重視監(jiān)測管理。將無人機技術(shù)運用在各種林業(yè)病蟲害的監(jiān)測中能夠更加容易而科學(xué)地進行森林病蟲害的防治監(jiān)測，在無人機上配置可見光攝像機設(shè)備監(jiān)測森林松線蟲等病害；通過雙光譜相機的可見光與紅外線圖像等探索病蟲害的最佳位置。

2.2 監(jiān)測火災(zāi)

森林火災(zāi)是森林資源管理當(dāng)中需要格外重視的問題，在具體管理當(dāng)中不僅僅防控困難，救援也存在諸多阻礙。因此森林火災(zāi)的防治工作非常重要，進而會森林資源造成十分嚴(yán)重的災(zāi)害。無人機能夠迅速而便捷、靈敏地完成作業(yè)，在森林資源的監(jiān)測與管理內(nèi)容中可以監(jiān)測絕大部分的火災(zāi)地區(qū)，當(dāng)發(fā)生異常的時候能及時匯報和處理，更加迅速地防控森林的火災(zāi)。

2.3 獲取林木參數(shù)

林業(yè)資源調(diào)查中可以運用ArcMap來劃分無人機遙感圖，能夠劃分土地、植物種類。在劃分小區(qū)方面，精確度能夠控制在89.7%。運用面向?qū)ο蟮奶崛〉姆绞健⑷斯ひ曈X的方式單向提取單木冠幅，提取單木冠幅之后對比樣地面積、樹冠面積，獲取出林分郁閉度。這些方式計算結(jié)果證明單木冠幅提取精度與森林郁閉度有直接關(guān)系，郁閉度越增加，單木冠幅幅度反而降低。還可以實現(xiàn)對中低郁閉度的林分選擇方面，ArcGlS中加載DOM能夠生成圖像，得到CHM得到樹高。實驗中發(fā)現(xiàn)這種方式與現(xiàn)場實際測量的差距為0.89左右。高中低不同郁閉度林分鐘整體精準(zhǔn)度達到0.68。

圖1 低空無人機遙感工程流程

2.4 林業(yè)資源生物量信息

無人機航拍森林冠遙感影像提取生物量。根據(jù)相關(guān)研究證明樹冠直徑和胸徑之間有關(guān)聯(lián)性，因此以樹冠直徑推算出胸徑，以胸徑和生物量之間的關(guān)系得到林業(yè)資源中的生物量。無人機遙感技術(shù)在客觀廣播段的基礎(chǔ)上獲得植被指數(shù)能夠得到大面積生物量估算方式，指數(shù)為VDVI。使用衛(wèi)星圖像來評估森林生物量的信息情況。雖然在實際操作當(dāng)中圖像分辨率會影響到估算的精度，因此衛(wèi)星遙感和無人機遙感技術(shù)的結(jié)合能夠獲取更高精度的森林生物量信息。

表1 低空無人機地面分辨率要求（單位：M）

2.5 濕地調(diào)查中的運用

濕地作為地球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對區(qū)域氣候調(diào)節(jié)、水土保持、生物多樣性保護方面發(fā)揮了巨大的作用，豐富的濕地資源可以讓都市發(fā)展更好。國外內(nèi)學(xué)者都使用無人機的遙感技術(shù)跟蹤拍攝了濕度生態(tài)系統(tǒng)，可以運用無人機的拍攝得到濕度生態(tài)系統(tǒng)中生物構(gòu)成，以及為城市濕地的景觀規(guī)劃提供科學(xué)的規(guī)劃依據(jù)。

3.發(fā)展前景

3.1 類型不斷豐富

我國民用輕小型無人機常用荷載傳感器類型大多為數(shù)碼相機，總量約有77%左右。無人機用戶中高校和研究機構(gòu)常常使用多光譜相機、高光譜線相機等。整體上有85%的用戶均使用光學(xué)數(shù)碼相機來進行傳感器的拍攝活動。數(shù)碼相機在成像、精度、效率等各方面都會嚴(yán)重影響成圖。在未來的發(fā)展過程中需要積極解決無人機荷載傳感器單一的現(xiàn)狀，多研究輕小型多視立體航攝儀、小型機載激光雷達等傳感器，積極拓展輕小型無人機。

3.2 完善影像處理標(biāo)準(zhǔn)

無人機航拍系統(tǒng)主要是由硬件和軟件構(gòu)成，硬件包含飛行平臺和荷載傳感器、飛行控制器、地面監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、地面保障一共六個部分。軟件系統(tǒng)航線設(shè)計、影像快速檢查、影像處理幾個部分。法國像素工廠、德國Inpho軟件系統(tǒng)、中國測繪科學(xué)研究等系統(tǒng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)并行計算取得了可喜成就，在影像信息提取方面節(jié)省了大量時間和人力，完善了較為成熟的無人機數(shù)據(jù)一體化處理。在未來的發(fā)展中亟需形成一整套的無人機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)處理的即時性，形成更標(biāo)準(zhǔn)化的處理體系。

4.結(jié)束語

當(dāng)前社會發(fā)展速度越來越快，在社會高速發(fā)展的背景下無人機在林業(yè)資源的調(diào)查與分析方面發(fā)揮了較大作用，但是在不斷發(fā)展的過程中，林業(yè)資源調(diào)查數(shù)據(jù)逐漸朝著多元化發(fā)展，由此對精度、時效性、質(zhì)量等各方面要求越來越高，在未來的發(fā)展中，應(yīng)該不斷創(chuàng)新研究，為生態(tài)環(huán)境保護提供技術(shù)保障。