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

王方

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的無人機(jī)航測(cè)技術(shù)有了很大進(jìn)展，并在森林資源調(diào)查中得到了廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)森林資源調(diào)查法相比，無人機(jī)森林資源調(diào)查法可以脫離傳統(tǒng)的依靠樣地進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在獲取影像后，可在內(nèi)業(yè)處理中對(duì)影像范圍內(nèi)任意需要調(diào)查的區(qū)域進(jìn)行任意次數(shù)的調(diào)查，調(diào)查能力和調(diào)查效率遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)森林資源調(diào)查法。數(shù)據(jù)較為精準(zhǔn)，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)森調(diào)技術(shù)的不足，工作效率高。因此在森林資源調(diào)查中，可利用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)查。本文系統(tǒng)闡述森林資源調(diào)查及其意義，論述了無人機(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。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)航測(cè)技術(shù);森林資源;調(diào)查應(yīng)用? ? ? ? ? ?【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.31.069

目前使用無人機(jī)進(jìn)行森林資源調(diào)查的研究主要集中在宏觀調(diào)查，如蓄積量、密度和地形因子的估測(cè)，對(duì)單木因子的提取研究較少。因此，對(duì)無人機(jī)測(cè)樹因子獲取的方法進(jìn)行研究，并通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，通過無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)可快速、方便、高效和低成本地完成森林資源調(diào)查，可為林場(chǎng)實(shí)現(xiàn)信息化、精準(zhǔn)化的森林信息管理和規(guī)劃提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1、無人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)概述

無人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)主要是通過無線電設(shè)備來控制無人機(jī)飛行，借助多種現(xiàn)代科技（包括無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)等）快速、準(zhǔn)確獲取相應(yīng)信息的技術(shù)。借助此技術(shù)能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)工程、國(guó)土、環(huán)境等不同方面遙感信息的數(shù)據(jù)化處理，能夠提高信息處理的智能化水平，對(duì)于提高測(cè)繪水平具有非常重要的作用。

2、森林資源管理的重要意義

森林資源是林業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，森林資源狀況是衡量林業(yè)工作成效最重要的標(biāo)志。森林在社會(huì)發(fā)展過程中受人為經(jīng)營(yíng)活動(dòng)和自然因素的影響，資源始終處于不斷地動(dòng)態(tài)變化的狀態(tài)下，受當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市建設(shè)以及物質(zhì)需求影響，森林資源被大量開采。因此必須加強(qiáng)對(duì)森林資源的管理與監(jiān)督，建立科學(xué)有效的管理體系。森林資源管理針對(duì)我國(guó)森林資源保護(hù)、培育、更新、利用等任務(wù)，決策性組織進(jìn)行調(diào)查、規(guī)劃、控制、調(diào)節(jié)、檢查及監(jiān)督等活動(dòng)，從根本上了解我國(guó)的森林資源現(xiàn)狀，并在管理過程中加強(qiáng)對(duì)森林資源的保護(hù)，使我國(guó)的森林資源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3、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。

4、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

4.1進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量

對(duì)于無人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)來說，在工程應(yīng)用中最為關(guān)鍵的內(nèi)容就是像控點(diǎn)測(cè)量?jī)?nèi)容，一般情況下為了提升測(cè)量準(zhǔn)確性，往往將像控點(diǎn)設(shè)置在地形相對(duì)明朗的區(qū)域。為了進(jìn)一步增強(qiáng)像控點(diǎn)測(cè)量準(zhǔn)確性，在優(yōu)化地表像控點(diǎn)設(shè)置的同時(shí)也要通過空中三角加密測(cè)量的方式來增強(qiáng)遙感測(cè)量準(zhǔn)確性，需要注意的是，很多因素會(huì)影響空中三角加密測(cè)量相應(yīng)精度，包括測(cè)繪區(qū)域地表像控點(diǎn)密度、測(cè)繪區(qū)域地形地貌等。在像控點(diǎn)具體設(shè)置過程中要重點(diǎn)加強(qiáng)如下內(nèi)容：①避免將像控點(diǎn)設(shè)置在地形相對(duì)復(fù)雜的區(qū)域，為了明確測(cè)量效果需要將其設(shè)置在地形容易識(shí)別的區(qū)域，同時(shí)也要設(shè)定比較明顯、清晰的地物（例如房角、地塊角等）當(dāng)作像控點(diǎn)。若是采用不同地物交叉位置當(dāng)作像控點(diǎn)，務(wù)必要控制交叉區(qū)域的角度保持在30°～150°區(qū)域;②為了能夠?qū)λ鶞y(cè)繪整個(gè)區(qū)域?qū)嵤┯行У目刂茰y(cè)量，可以將像控點(diǎn)設(shè)置在無人機(jī)飛行區(qū)塊之外，一般情況下可以將像控點(diǎn)設(shè)置在航向100m之外、航向基線不少于1條的區(qū)域。若是像控點(diǎn)設(shè)置在航線兩側(cè)，務(wù)必要確保像控點(diǎn)左右偏離半徑≤半條基線長(zhǎng)度;③為了進(jìn)一步增強(qiáng)無人機(jī)遙感測(cè)繪準(zhǔn)確性，需要將像控點(diǎn)設(shè)置在地形相對(duì)平穩(wěn)的區(qū)域，同時(shí)也要盡量將像控點(diǎn)設(shè)置在相對(duì)容易保存的位置，這樣就能夠?qū)⑵渥鳛榈诙螠y(cè)量的基準(zhǔn)。

4.2轉(zhuǎn)建立數(shù)據(jù)一體化的查詢方式

通過建立數(shù)據(jù)一體化查詢方式，可有效了解各地區(qū)林業(yè)資源的分布情況，并充分利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，以此來提高數(shù)據(jù)查詢效率，最終實(shí)現(xiàn)森林資源管理數(shù)據(jù)的智能化查詢。而在實(shí)際查詢環(huán)節(jié)中，可根據(jù)查詢用戶自身需求提供多種信息形式，這可在提高信息查詢便捷性的基礎(chǔ)上，減輕林業(yè)工作人員的工作壓力，同時(shí)，還可方便管理人員及時(shí)了解林業(yè)資源管理情況，及時(shí)做好森林資源數(shù)據(jù)收集及更新工作。

4.3建立完善的森林資源檔案

通過地理信息系統(tǒng)對(duì)森林內(nèi)部地形地貌，地理結(jié)構(gòu)分布等情況進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，將收集的資料輸入計(jì)算機(jī)，根據(jù)過去的基礎(chǔ)信息對(duì)比新收集的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)有效，分析森林資源的變化態(tài)勢(shì)。結(jié)合實(shí)地勘測(cè)，對(duì)地理信息系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行核查，應(yīng)用當(dāng)前先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集儀器和傳感器設(shè)備，記錄各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所測(cè)出的情況，并在森林中設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)均勻分布，收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過人工讀表記錄。例如在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析管理時(shí)，針對(duì)不同的數(shù)據(jù)來源、不同的數(shù)據(jù)形式進(jìn)行分類處理，并輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，存檔保留。在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)建立相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)分析和模型運(yùn)算功能，應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、分類。進(jìn)行森林資源監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)定時(shí)，應(yīng)根據(jù)森林中的環(huán)境變化和地理?xiàng)l件不同，設(shè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，部分環(huán)境較為干燥，動(dòng)物喜歡棲息，部分環(huán)境潮濕存在較多菌類，樹種和物種的分布也不同，監(jiān)測(cè)點(diǎn)在設(shè)定時(shí)要根據(jù)地點(diǎn)環(huán)境的不同均勻分布，確保監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)種類全面，以此保證森林資源檔案的完善。

4.4在森林資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

運(yùn)用該系統(tǒng)也能夠?qū)崿F(xiàn)森林中動(dòng)態(tài)資源的監(jiān)控工作，因?yàn)槠淠軌蚪柚鷤鞲衅?、衛(wèi)星、無人機(jī)等設(shè)備采集森林信息。在一些大型的山區(qū)，由于群山眾多地勢(shì)險(xiǎn)要，森林的覆蓋率非常龐大，僅依靠人工實(shí)地統(tǒng)計(jì)工作難度比較大。因此，需要借助衛(wèi)星、無人機(jī)做好監(jiān)測(cè)工作，利用多種方式做好森林資源的統(tǒng)計(jì)工作。森林資源管理人員要對(duì)系統(tǒng)有一個(gè)全面的了解。在實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中，要善于發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的問題所在，從而避開不足之處，使得對(duì)森林資源管理的精確度有所提升。當(dāng)前，新興技術(shù)層出不窮，能夠極大促進(jìn)對(duì)森林資源的管理，如知識(shí)圖譜等技術(shù)，這些技術(shù)已經(jīng)非常成熟，且能夠得到推廣和運(yùn)用，這在森林資源的管理中將會(huì)發(fā)揮出巨大的作用，提高管理的質(zhì)量和水平。

4.5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1）。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。

4.6胸徑回歸模型建立及評(píng)價(jià)

無人機(jī)獲取影像的方式是從空中拍攝獲取，因樹冠本身遮擋的原因?qū)е聼o法獲取林冠下的影像，無法對(duì)胸徑進(jìn)行量測(cè)。為了提取胸徑，對(duì)試驗(yàn)地區(qū)的樹種建立胸徑回歸模型，因樹高是由插值方法獲取的，而冠幅是直接量測(cè)的，所以采用胸徑-冠幅一元回歸模型的方式來計(jì)算胸徑。

4.7數(shù)據(jù)的收集及處理工作

無人機(jī)在航空過程中完成地形攝像工作后，需要進(jìn)行收集和圖像處理工作，使得圖像符合土地綜合整治項(xiàng)目的需求。在數(shù)據(jù)信息處理過程中，使用相關(guān)圖像加工處理軟件來對(duì)航空過程中的攝像圖片進(jìn)行處理，并需要將圖像相關(guān)位置與實(shí)際地理位置相結(jié)合來轉(zhuǎn)化成土地整治項(xiàng)目所需現(xiàn)狀圖及項(xiàng)目區(qū)地圖，以此來對(duì)土地整治工作提供完整清晰的圖像支持，使土地整治工作更加精準(zhǔn)地進(jìn)行。

結(jié)語：

綜上所述，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)。

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