無人機在林業(yè)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用

孫海波

摘要：隨著遙感技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代林業(yè)需求的不斷提升，森林資源調(diào)查經(jīng)歷了從傳統(tǒng)地面調(diào)查到航空、航天等不同平臺類型，遙感數(shù)據(jù)空間分辨率從千米級到厘米級不斷提高，波段信息從單波段到多光譜不斷豐富，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從二維圖像擴展到三維點云等。其中，無人機遙感技術(shù)作為一種新型的數(shù)據(jù)獲取手段，不僅可以彌補地面監(jiān)測與航天、衛(wèi)星遙感之間的尺度空缺，將監(jiān)測點上的結(jié)果更準(zhǔn)確地擴展到區(qū)域尺度，供森林資源調(diào)查與監(jiān)測使用，還可搭載不同性能的傳感器以獲取時空匹配的多源數(shù)據(jù)，在森林參數(shù)信息提取、生態(tài)環(huán)境調(diào)查、森林火災(zāi)及病蟲害監(jiān)測等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

關(guān)鍵詞：林業(yè)災(zāi)害;無人機;應(yīng)用價值

1無人機技術(shù)概述

無人機技術(shù)主要是借助無線遙控設(shè)備或者在無人機上搭載小型的計算機控制系統(tǒng)來操控不載人的飛行設(shè)備。相較于其他設(shè)備，使用無人機可以有效地降低成本，也可以完成一些載人飛行器的任務(wù)，主要應(yīng)用于某些載人飛行器所不能或者不便到達(dá)的場所。在林業(yè)調(diào)查中，無人機相對于傳統(tǒng)的遙感技術(shù)，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面，一是在面對一些突發(fā)情況時，無人機具有良好的應(yīng)對速度，相關(guān)工作人員可以在地面上對無人機進行遙控，及時獲取發(fā)生場所的信息。二是體現(xiàn)在無人機優(yōu)良的機動性上，無人機不需要搭載駕駛員，決定了無人機一般具有較小的體積，林業(yè)調(diào)查一般需要出入各種紛繁復(fù)雜的場地，無人機在一般情況下對場地沒有很高的要求，可以滿足大部分林業(yè)調(diào)查任務(wù)的要求。無人機技術(shù)可以保障獲取到空間和物體的相關(guān)信息的準(zhǔn)確性，可以很好地填補大尺度航空技術(shù)領(lǐng)域的空白。

2無人機技術(shù)的優(yōu)勢

現(xiàn)如今，迫切需要更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來支持林業(yè)。但是，傳統(tǒng)的林業(yè)經(jīng)濟往往勞動密集型，困難重重，往往深入山區(qū)和森林，需要較短的工作周期和較高的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。無人機機器人具有靈活、響應(yīng)迅速、高分辨率和廣泛的優(yōu)點，可以縮短人工檢查時間，降低勞動強度，滿足林業(yè)需求，從而大大提高林業(yè)質(zhì)量。因此，無人機技術(shù)在森林調(diào)查中的合理應(yīng)用，比傳統(tǒng)的調(diào)查方法有許多優(yōu)勢，例如及時準(zhǔn)確地收集森林經(jīng)濟信息，從而提高了森林質(zhì)量。無人機比傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙測技術(shù)更靈活，特別是在例外情況下，這些技術(shù)可以繼續(xù)監(jiān)測地面控制，以避免對工作人員造成危險，提高林業(yè)效率。

3無人機在林業(yè)調(diào)查中的具體應(yīng)用

3.1無人機遙感森林參數(shù)信息提取中的應(yīng)用

森林參數(shù)是反映森林經(jīng)營管理狀況與森林質(zhì)量的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查主要以布設(shè)樣地進行抽樣調(diào)查作為技術(shù)手段，不利于大區(qū)域尺度的調(diào)查研究，且林下條件復(fù)雜存在調(diào)查難度大、效率低和精度差等問題，難以滿足現(xiàn)代林業(yè)的發(fā)展要求。近年來，國內(nèi)外基于無人機進行森林參數(shù)提取，主要包括單木和林分水平上的樹高與冠幅的提取，林木株數(shù)、胸徑、郁閉度，蓄積量、生物量及碳儲量，等等因子的獲取。由于無人機無法直接測量胸徑信息，主要通過樹高和冠幅因子進行反演得到。

3.2在森林調(diào)查中的應(yīng)用

目前，森林存量通常以距離數(shù)據(jù)或森林存量檔案為來源，首先在內(nèi)部評估現(xiàn)有調(diào)查的結(jié)果，然后由相關(guān)外部調(diào)查人員根據(jù)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)部評估結(jié)果進行調(diào)查。雖然這種方法可以進行毀林，但最大的缺點是它不是現(xiàn)場調(diào)查人員在一些更復(fù)雜的環(huán)境中使用的實時圖像，或者在規(guī)定的時間內(nèi)該地形無法進入森林。無人機可以實時拍攝，以便在非常短的時間內(nèi)對森林進行徹底調(diào)查，獲得高分辨率圖像，包括平均林和胸部，使外勤人員能夠及時準(zhǔn)確地訪問森林邊界，或從一個來源獲得3D信息。結(jié)合實際經(jīng)驗，法醫(yī)必須深入森林，以便系統(tǒng)和全面地調(diào)查各種因素，特別是某些復(fù)雜地形中與重大風(fēng)險有關(guān)的森林。

3.3在害蟲監(jiān)測中的應(yīng)用

長期以來，森林管理中的害蟲管理一直是森林管理中的一個中心問題，特別是考慮到我們設(shè)計不當(dāng)?shù)纳执媪恐贫?、林業(yè)氣泡管理日益復(fù)雜以及利用攝像機等設(shè)備監(jiān)測害蟲的機器人技術(shù)，從而能夠監(jiān)測目標(biāo)地區(qū)的某些種類的害蟲。在防治某些害蟲的過程中，無人機還可以與灑水器合作，解決以現(xiàn)有技術(shù)為基礎(chǔ)、只有人類才能解決的某些問題，從而改善森林生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。

3.4在火災(zāi)監(jiān)測中的應(yīng)用

森林火災(zāi)是一場意外的破壞性事件和對森林管理影響最大的自然災(zāi)害。在森林火災(zāi)中，90%以上的火災(zāi)引起的燒傷是不適當(dāng)?shù)?。森林火?zāi)監(jiān)測是森林管理的一個重要組成部分，救援人員必須及時到達(dá)現(xiàn)場，消除火災(zāi)風(fēng)險。傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)測要么由私人圈子監(jiān)測，要么由衛(wèi)星監(jiān)測。人工旅游容易受到天氣預(yù)報、環(huán)境影響和小規(guī)模、低效的參觀區(qū)域的影響。衛(wèi)星

監(jiān)測受到時間和空間分辨率的影響，檢索信息的時間較長，因此無法再檢測到早期的火災(zāi)情況。無人機能夠?qū)崟r、大規(guī)模地監(jiān)測森林火災(zāi)，及時發(fā)出信號，報告火災(zāi)探測器，方便消防。例如，山東省森林管理利用無人機技術(shù)及時收集森林火災(zāi)信息，準(zhǔn)確分析火災(zāi)、地點、面積等核心信息，從而有效應(yīng)對森林火災(zāi)。

3.5在生物監(jiān)測中的應(yīng)用

在林業(yè)方面，工作人員可以利用機器人技術(shù)捕獲森林地區(qū)的相應(yīng)圖像，對個別樹木的生物量進行科學(xué)評估，并應(yīng)用面向?qū)ο蟮姆椒ǚ治鰝€別樹木的冠層面積，從而開發(fā)相應(yīng)的乳腺遞歸模型，從而通過樹生物量方程對族譜中的近似生物量進行現(xiàn)實的計算。由于胸徑和樹冠直徑是相互關(guān)聯(lián)的，因此樹冠直徑可以計算胸部直徑的大小，然后使用生物量和胸部直徑之間的相關(guān)計算方法來估計森林的生物量。無人機還可以通過利用可見光跟蹤森林地區(qū)的植物指數(shù)來估計森林生物量。

3.6森林水文狀況調(diào)查

森林水資源調(diào)查也是林業(yè)研究和監(jiān)測的一項重要任務(wù)，適當(dāng)調(diào)查森林周邊地區(qū)的水資源狀況，有助于確保森林周邊地區(qū)的生態(tài)平衡，加強該地區(qū)洪水和干旱的程度。無人機遙測技術(shù)的應(yīng)用使人們能夠系統(tǒng)、全面和實時地監(jiān)測森林環(huán)境的水條件，從而確保森林管理系統(tǒng)的適當(dāng)和健康發(fā)展，大大有助于減少該區(qū)域的廢水價值。

4結(jié)語

林業(yè)災(zāi)害監(jiān)測需要極高的預(yù)測預(yù)報準(zhǔn)確度，否則出現(xiàn)警情誤報漏報會造成極大的資源浪費或嚴(yán)重的災(zāi)害影響。利用人工智能技術(shù)、深度學(xué)習(xí)等新型分類識別技術(shù)，可以提高無人機遙感數(shù)據(jù)的識別精度，這些技術(shù)的引入使得災(zāi)害防治朝向多技術(shù)融合的方向發(fā)展。

參考文獻：

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