無人機遙感技術在森林火災調查中的應用

鄧勇春

摘 要：森林是世界上最重要的自然資源，其不僅能夠涵養(yǎng)水源，還能夠調節(jié)氣候。森林火災的發(fā)生不僅會嚴重破壞陸地生態(tài)系統，還會污染大氣環(huán)境，威脅到自然萬物的生存。隨著科技的飛速發(fā)展，無人機遙感技術的應用為森林火災調查帶來了更多優(yōu)勢，文章就其具體應用展開探討，旨在為相關工作人員提供參考借鑒，由此降低工作難度，提升工作效率。

關鍵詞：無人機;遙感技術;森林火災;調查

中圖分類號：S762.2 文獻標識碼：A文章編號：1674-1064（2021）09-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.09.046

森林火災的發(fā)生，具有破壞性大、救助難度高的特點。森林火災往往是突發(fā)性的，依據實際受災面積，通常將其分為一般森林火災、較大森林火災、重大森林火災和特別重大森林火災?；谛聲r代背景下，越來越多的高科技被應用于森林火災調查之中。無人機作為其中的一個重要智能工具，其是利用無線電遙控設備和自備程序控制裝置操縱的不載人飛機，由操作人員在地面通過地面站等設備，對其進行追蹤、定位、遙控和數字傳輸等。無人機遙感技術的廣泛應用，為森林火災調查帶來了更多便捷，使得森林火災防治工作變得更有效率、難度更低。

1 森林火災及森林火災調查發(fā)展現狀概述

森林火災主要是指失去人為控制，在林地中自由蔓延和不斷擴展，對森林、森林生態(tài)系統、生存環(huán)境等帶來一定危害和損失的林火行為。由于森林火災突發(fā)性較強、破壞性也很大，對消防滅火工作來說具有一定難度。尤其是在森林火災發(fā)生之后，必須要對火災撲滅之后的森林資源損害情況展開第一時間的調查和統計，對森林資源損害情況展開評估。這項工作本身就十分危險而艱巨，所以有必要借助一些設備設施，以此實現對森林火災的調查統計工作。與此同時，在森林火災發(fā)生之后，工作人員必須要以最快速度搞清楚森林過火的面積、受災面積、蓄積以及受害林木種類等基礎資料數據，這也是能夠在短時間內快速恢復森林生態(tài)環(huán)境的首要工作。

2009年，我國國家林業(yè)局頒布了《森林火災成因和森林資源損失調查方法》，其中明確提出了：火燒跡地的受害森林面積采用羅盤儀、經緯儀、GPS接收機進行測量，特別重大森林火災可以借助飛機進行測量[1]。由此可見，我國在森林火災調查方面積極倡導應用先進的科技技術。雖然飛機在森林火災大面積測量中工作效率較高，也較為精準，但是由于飛機租賃費用昂貴，空中申請流程較為復雜，再加上對火燒跡地上空云層厚度的要求也相對較高，所以應用頻率較低。

2 無人機遙感技術概述

無人機又被稱為無人駕駛飛機，其具備了體積小、造價低、使用方便的優(yōu)勢。當前，無人機遙感技術已經被廣泛應用于各行各業(yè)之中，如快遞包裹收送、電影航拍、自然災害救援等，測量測繪行業(yè)也是如此[2]。在以往的測繪測量工作中，通常是人為操作進行，其不僅需要大量人員展開地面測量，還需要人員精準獲得數據，降低測量結果偏差。在整個人為測量過程中，耗費時間和精力，同時測量時的溫度、天氣、衛(wèi)星信號等，都會對結果造成不同程度的影響。而且森林火災多發(fā)于植被蓋度大、枯枝落葉層厚的山地和丘陵地區(qū)，消防人員需要隨身攜帶一定的測量設備，并在這些陡峭惡劣的環(huán)境中行進，所以安全風險隱患較高。所以，將無人機遙感技術應用于森林火災調查工作中，恰好能發(fā)揮自身優(yōu)勢，彌補傳統森林火災調查工作中的不足，進一步提升調查工作的效率和質量。

3 無人機遙感技術的工作原理及技術優(yōu)勢

3.1 工作原理

無人機遙感技術，主要是以無人機為空中平臺，借助機載航空取景器獲取現場一定的影像信息，而后上傳到計算機，對獲得的影像信息展開高效處理，并結合實際需求制作成高精度的圖像。將圖像上傳到地理信息軟件中，由其展開矢量化解釋，最終得出準確的測量面積、體積等各個數據。

3.2 技術優(yōu)勢

性價比高。目前，國內市場上的無人機價格從幾萬到幾十萬元不等，其主要是依據不同無人機的續(xù)航能力、成像效果等決定價格的高低。但是，相對于國外無人機設備來說，國內無人機性價比較為出色。排除極個別不可抗力因素，無人機在正常使用過程中不容易損害，并且也沒有其他方面的必須費用。一部分保險公司也針對無人機開設了專門的保險業(yè)務，能夠降低用戶的購買風險。

方便運輸攜帶。無人機體積較小，其翼展或長邊長度通常都低于3 m，并且還能夠十分方便地拆卸和安裝。在實際測繪測量工作中，工作人員將拆卸之后的無人機裝入到常用車輛中，就可以在第一時間由消防人員運送到森林火災周邊。同時，待無人機到達之后就可以直接被運送到現場，最終由消防人員對其進行組裝和調試，使無人機遙感技術能夠順利使用。

無場地要求。無人機的應用對于起飛場地要求較低，其僅僅需要極小的一個平坦場地就能夠完成起降作業(yè)，個別無人機甚至可以直接在汽車車頂起降，這充分凸顯了無人機測量森林火災受害面積的方便程度。

成像清晰。無人機采集圖像的分辨率在取景器確定的情況下，由飛行高度決定。依據不同森林火災的受災面積，飛行相對高度一般采用100 m～300 m，成像精度最高可達5 cm/px。同時，在不同的天氣環(huán)境下，云層厚度并不會影響成像質量。將圖像進行后期的矢量化處理之后，結合地理信息軟件就可以將相關數據精準計算出來，以此滿足調查需求。

4 無人機遙感技術在森林火災調查中的應用

4.1 調查內容

通常情況下，森林火災的調查內容包含了其遭受影響的全部林地，需要使用無人機遙感技術統計受損面積、林木資源的受損類型和程度，依據不同的損失成因分別展開調查統計，如自然過火區(qū)、控制點燒區(qū)、人工隔離帶等。而林地及林木資源的受損程度，也可以依據燒毀、燒傷、未傷進行調查統計。對于林地調查來說，主要劃分為森林和非森林兩大類。其中，森林主要是指有林地，非森林則主要是指疏林地、灌木林地等。

4.2 應用步驟

4.2.1 遙感影像采集

區(qū)域確定。首先由工作人員收集森林火災過火區(qū)域的圖象資料及地形地貌，充分考慮到現場的氣候條件以及周邊的軍事設施等信息，判斷現場是否具備空域條件，而后再結合實際選擇合理的無人機型號。

現場勘查。工作人員需要勘察現場的空域環(huán)境是否存在強電磁干擾情況，周邊是否有機場或軍事設施等。并結合對應的作業(yè)區(qū)域選擇無人機的起降場地，進行飛行作業(yè)。

任務規(guī)劃。向相關部門申請空域資格，標注好飛行范圍，應用飛控軟件對調查任務進行規(guī)劃，合理計劃處航高、重疊及地面分辨率。

入場作業(yè)。做好前期準備工作，具體包含組裝無人機，架設地面站，并對所有的設施設備進行飛行前的全方位檢查，確保各個設備處于良好狀態(tài)。展開起飛作業(yè)，在整個作業(yè)過程中，工作人員需要保持對飛行狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)控，以免出現意外情況，并做好應急保障措施。

檢查數據。待無人機著陸之后，操作人員需要取出相機等載荷設備，具體需要檢查的內容包含了荷載數量、實際作業(yè)區(qū)域、數據質量、POS數據下載結果等。若出現數據遺漏、丟失，出現虛焦、陰影等情況，則表示數據接收質量不高。

轉場作業(yè)。操作人員需要對無人機進行斷電檢查，查看無人機是否出現零部件損傷、舵機舵面及螺絲是否松動等，以能夠順利進行下一步作業(yè)。

內業(yè)處理。利用Pix4mapper軟件處理已經獲得的相關數據，并制作森林火災影響范圍內的高清數字正射影像圖[3]。

4.2.2 遙感影像判讀

操作人員需要依據現場的地形地貌、樹種和林木受災程度建立解譯標志，具體涵蓋了色調、紋理、圖案、陰影、形狀等影像特征。結合林地變更調查成果，結合森林火災發(fā)生之前的影響，判斷小班區(qū)域的林木受害程度，并重新劃分小班。針對影像特征十分清晰的，直接確定;針對影像特征不夠清晰的，展開前后對比，并參考林地變更調查成果進行現地核實，以此確定受災種類和程度。

4.2.3 森林火災面積計算

結合影像資料，操作人員需要描繪出火場四周的邊界線，并以影像判讀小班為基礎，勾繪出火場中有林地、非林地的界線，而后采用Arc GIS軟件計算不同的面積、統計分類[4]。

5 結語

無人機遙感技術目前已經被廣泛應用于各行各業(yè)中，在森林火災調查過程中應用該項技術，能夠顯著提升工作效率，降低工作難度。無人機遙感技術和傳統的調查技術相比，主要具備了如下優(yōu)勢：一是能夠及時獲取森林火災發(fā)生之后的高清數字正射影像，并且分辨率能夠達到8 cm～10 cm，具有較高的時效性、地類識別精度和區(qū)劃精度;二是無人機具備了快速高效的優(yōu)點，國內市場上的主流固定翼無人機航拍效率可達30 km2/d～40 km2/d，不僅節(jié)約了人力，縮減了調查時間，還優(yōu)化了調查質量。值得注意的是，無人機的應用專業(yè)性較強，對于地面操作人員的綜合水平要求較高，操作人員必須要熟練掌握其多項知識和技能，由此最大程度發(fā)揮出無人機遙感技術在森林火災調查中的優(yōu)勢。

參考文獻

[1] 潘欣.淺析無人機技術在祁連山林業(yè)調查規(guī)劃設計中的應用[J].農業(yè)科技與信息，2021（10）：79-80，83.

[2] 王敏.無人機遙感技術在林場管理中的應用探索[J].種子科技，2021，39（3）：139-140.

[3] 王雅佩.無人機遙感技術在天然林保護中的運用[J].新疆林業(yè)，2020（5）：35-36.

[4] 王娟，陳永富，陳巧，等.基于無人機遙感的森林參數信息提取研究進展[J].林業(yè)資源管理，2020（5）：144-151.