無人機遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用探尋

徐熊偉 岳興盛

（中國地質(zhì)調(diào)查局昆明自然資源綜合調(diào)查中心，云南 昆明 650100）

一、森林調(diào)查規(guī)劃的瓶頸

（一）森林調(diào)查規(guī)劃設(shè)計的技術(shù)不夠成熟

在進行森林調(diào)查規(guī)劃設(shè)計的過程中，其相關(guān)技術(shù)不夠成熟，是使得我國整體森林資源得不到妥善管理的關(guān)鍵因素之一。因為對林業(yè)的研究包括先進的科學(xué)程序和創(chuàng)新方法。由于大范圍的森林環(huán)境還包含大量自然資源，因此我們的目標(biāo)是快速，準(zhǔn)確地得到相關(guān)信息。負責(zé)調(diào)查的人員利用好相關(guān)技術(shù)便可以防止遺漏和錯誤。因此，有必要依靠先進的技術(shù)和手段進行科學(xué)研究，這些先進的技術(shù)與老舊的調(diào)研方法相比，效率更高，準(zhǔn)確率更高。我國目前已經(jīng)有一些較為成熟的森林勘探技術(shù)，并且新型的森林勘探技術(shù)也在不斷地普及當(dāng)中。例如，計算機，GPS 定位器和其他先進設(shè)備可以有效提高調(diào)查活動的效率。我國政府應(yīng)更加重視森林調(diào)查規(guī)劃設(shè)計的技術(shù)更新，并及時將新技術(shù)引入森林研究規(guī)劃設(shè)計中。

（二）缺少專業(yè)人才

森林資源調(diào)查研究的規(guī)劃和設(shè)計是一個巨大的項目。要完成規(guī)劃和設(shè)計森林資源的任務(wù)，必須對森林生態(tài)系統(tǒng)有深刻的了解，并熟悉相關(guān)的法律法規(guī)，掌握造林和護林相關(guān)專業(yè)知識，免受人員發(fā)展方面帶來的影響。在這方面，可以完成森林研究規(guī)劃和設(shè)計的人數(shù)非常少，而且由于森林地區(qū)地理位置偏遠且氣候條件惡劣，許多研究人才不愿來這里參與環(huán)境保護建設(shè)。中國對森林研究的計劃和規(guī)劃沒有給予足夠的重視。在某些發(fā)達國家，科研人員的薪資水平非?？捎^，因此相關(guān)專業(yè)的研究人員較多。但由于中國缺乏關(guān)注，政府對相關(guān)行業(yè)的投資基金不足，國內(nèi)專家無法行使職權(quán)，同時也無法吸引外國專家，這導(dǎo)致了在中國缺乏專家。因此，森林資源的勘探和規(guī)劃不夠順利或不夠理想。

二、無人機遙感技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

采用傳統(tǒng)的森林調(diào)查方法，不僅需要大量的人力物力，而且有些區(qū)域具有一定的危險性。無人機搭載相機、激光雷達進行森林調(diào)查、搭載紅外攝像頭用于森林防火、搭載多光譜成像系統(tǒng)用于森林病蟲害防治等技術(shù)正趨于成熟應(yīng)用。

（一）成本較低

無人機的使用成本不僅僅是初始購置無人機及配套相應(yīng)軟硬件的成本，還包括無人機操作人員的培訓(xùn)、無人機的保險、維修、保養(yǎng)等后期成本。如，廣西國有沙塘林場位于典型的低山丘陵地貌區(qū)域內(nèi)，地形地勢復(fù)雜。相比北方相對開闊的地貌，無論是對無人機自身的安全還是操縱無人機的飛手而言都有更高的要求。據(jù)了解，我國大多數(shù)都將精靈系列的機型作為森林資源監(jiān)測調(diào)查管理、病蟲害調(diào)查監(jiān)測的主力機型，該機型的耐用性、穩(wěn)定性、可靠性和性價比已得到行業(yè)廣泛認可，并具備一定的改裝潛力。該產(chǎn)品也通過廣大用戶的反饋進行不斷的固件升級更新，使得系統(tǒng)功能不斷優(yōu)化，更趨于自動化和智能化。

（二）操作簡單

由于林業(yè)基層單位工作人員文化水平中等，參差不齊，大部分生產(chǎn)單位的運營經(jīng)費也比較緊張，因此無人機具備的自動航線規(guī)劃、自動返航、仿地飛行等功能的優(yōu)勢就非常明顯。除相應(yīng)的培訓(xùn)外，只需自行閱讀說明書和觀看教學(xué)視頻，就可以很快掌握基本操作要領(lǐng)，完成較為簡單的航測任務(wù)。特別是自動航線規(guī)劃功能，只需在衛(wèi)星影像圖上定位出需要航測區(qū)域的外邊界點，無人機遙控器即可實現(xiàn)自動規(guī)劃航線并能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵上傳任務(wù)起飛。如果航測區(qū)域較大，還具備換電池后繼續(xù)執(zhí)行中斷的原任務(wù)的功能，大大降低了操作難度。

（三）定位精準(zhǔn)度高，圖像分辨率高

無人機運用RTK 套餐后可以實現(xiàn)厘米級定位，配合云臺自帶的高性能成像系統(tǒng)，大幅提升了航測效率與精度，降低了作業(yè)難度和成本，航測作業(yè)不僅效率高，分辨率高，而且不需要布設(shè)像控點即可獲得帶有高精度坐標(biāo)信息的正射影像，對于非測繪行業(yè)的人來說極大地降低了獲取森林二維正射影像的難度。獲取影像后可采用該機配套使用的大疆智圖軟件拼接(需另單獨購買)，也可通過第 3 方軟件進行拼接影像，較為方便快捷。

三、無人機遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用

（一）資源調(diào)查

目前，國內(nèi)無人機技術(shù)逐步走向成熟，無人機本身也是信息獲取以及監(jiān)測的重要方式，在國內(nèi)林業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中無人機扮演著越來越重要的角色。在林業(yè)發(fā)展過程當(dāng)中，森林資源的調(diào)查工作是其中重要的組成部分，比如：二類調(diào)查，如果使用傳統(tǒng)的人工調(diào)查方式進行實地調(diào)查，人力以及物力的投入巨大，實施也非常困難。另外，如果采用遙感調(diào)查，不但數(shù)據(jù)分辨率不足，調(diào)查的準(zhǔn)確度低，而且很多情況下天氣也會對于其調(diào)查結(jié)果產(chǎn)生影響，因此，需要尋找一個新型的調(diào)查方式進行資源調(diào)查。在進行小區(qū)域林區(qū)調(diào)查過程當(dāng)中，如果應(yīng)用航空遙感調(diào)查，不僅會造成資源的浪費，還會大材小用。使用無人機進行森林資源調(diào)查，不僅能夠避免以上弊端，而且還能夠依照林區(qū)的客觀需求來進行飛行高度、航線以及飛行區(qū)域的控制。除此之外，無人機在林地受災(zāi)以及伐區(qū)的設(shè)計方面同樣具有較高的應(yīng)用價值。無人機是近幾年快速發(fā)展的新型機，它可以迅速地進行資源調(diào)查，不耗費時間，還節(jié)省力氣，重要的是它只需要進行遠程操控就可以了，根本不需要自己親自上手。因此，無人機在資源調(diào)查方面還有無限的前景等待著被挖掘。

（二）森林植物地上生物量估算

隨著時代不斷發(fā)展，新型測量調(diào)查技術(shù)不斷創(chuàng)新，尤其是無人機技術(shù)得以快速發(fā)展，且被廣泛地運用在各個領(lǐng)域中。在森林資源的調(diào)查中，積極運用無人機航測技術(shù)，可以提升調(diào)查人員的工作效率，降低野外工作的風(fēng)險性，能夠彌補傳統(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，推動森林資源調(diào)查技術(shù)的快速發(fā)展，進而提升森林資源調(diào)查的實時性、準(zhǔn)確性，全面性。

無人機航拍測繪技術(shù)屬于新型測量技術(shù)，相比較于傳統(tǒng)測量技術(shù)具有較大的優(yōu)勢，其操作較為簡單，適用范圍較為廣泛，能夠?qū)y量范圍的數(shù)據(jù)實時反饋，確保工作人員獲得較為精準(zhǔn)的測量數(shù)據(jù)，并以此開展森林經(jīng)營工作。在森林資源調(diào)查中，主要運用無人機航拍測繪技術(shù)的傾斜攝影技術(shù)、數(shù)字3D 模型測繪技術(shù)，可以實現(xiàn)對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。無人機飛行平臺上放置拍攝設(shè)備可實現(xiàn)全角度的拍攝，獲取真實的遙感數(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。在森林資源調(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)測量等數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確性缺乏，且測量調(diào)查工作所需時間較長，工作效率較為低下，無法實現(xiàn)林區(qū)內(nèi)每株樹木的精準(zhǔn)測量，另外，無人機航拍測量技術(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實基礎(chǔ)。如：孫世澤等根據(jù)陰陽坡不同森林類型和植被種類，運用多旋翼大疆無人機獲取含近紅外波段的高分辨率多光譜影像，結(jié)合地面實測數(shù)據(jù)，對森林地上生物量和NDVI，RVI，VDVI，MSAVI，DVI（差值植被指數(shù)）5 種植被指數(shù)進行相關(guān)性分析并建立估算模型，結(jié)果表明RVI與陰陽坡的森林地上生物量擬合最好、具有較高的精度。無人機遙感技術(shù)對地觀測的宏觀性、動態(tài)性和綜合性使其優(yōu)于傳統(tǒng)的由點到面的野外調(diào)查方法，克服了傳統(tǒng)方法工作量較大、工作時間較長、誤差較大的弱點，滿足了現(xiàn)代森林資源發(fā)展所需。借助無人機航拍測繪技術(shù)可以彌補傳統(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)利用與保護工作開展奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

結(jié)束語

綜上所述，林業(yè)不僅是綠色建筑的主要內(nèi)容，還是國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的主要產(chǎn)業(yè)和社會保障。在規(guī)劃和開發(fā)森林管理時，我們需要考慮許多因素，并使用各種新技術(shù)。調(diào)查森林資源，建立可靠的保護體系，國家資助專家的參與，并提高人們對森林保護的認識。