無人機(jī)在營造林綜合核查中的應(yīng)用

賴永超

（湖北省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，湖北武漢 430070）

1 無人機(jī)在營造林綜合核查中的應(yīng)用

1.1 營造林綜合核查項目及機(jī)型

營造林綜合核查項目主要包括以下6 個：1）退耕還林；2）提高干果經(jīng)濟(jì)林質(zhì)量，增加其收益；3）保護(hù)天然林；4）加強(qiáng)對國家級公益林的管理；5）林地補償；6）精品與灌木林改造。

無人機(jī)在營造林綜合核查中應(yīng)用的機(jī)型主要有兩種。1）大疆六軸旋翼無人機(jī)。其優(yōu)勢在于擁有專業(yè)級相機(jī)，能夠更換鏡頭，但體積比較大，搬運不方便，續(xù)航能力不強(qiáng)。2）大疆精靈4 無人機(jī)。其優(yōu)勢在于體積小，較為輕便，價格相對便宜，使用方便，但缺點在于無法更換相機(jī)，續(xù)航時間不長［1］。

1.2 營造林綜合核查無人機(jī)應(yīng)用組織和方案

在營造林綜合核查中開展無人機(jī)應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)挑選專業(yè)的人員成立專門的實驗小組，小組成員包括兩方面人才：1）技能高超的外業(yè)飛手；2）專門的數(shù)據(jù)采集、分析和處理人員。其工作任務(wù)在于通過操控?zé)o人機(jī)來采集相關(guān)資料，派遣外業(yè)小組于野外進(jìn)行調(diào)查，利用無人機(jī)進(jìn)行航拍，實施低空采樣作業(yè)，整理無人機(jī)航拍獲取的各項數(shù)據(jù)信息，制作正射影像，并對結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析，科學(xué)編制實驗報告。

在開展?fàn)I造林綜合核查無人機(jī)應(yīng)用的過程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照相關(guān)實驗方案來執(zhí)行作業(yè)，做到以下2 點。1）要全面了解實驗區(qū)域的地貌特征，圍繞核查項目進(jìn)行飛行實驗，以探索無人機(jī)在營造林綜合核查中應(yīng)用的技術(shù)難點，找準(zhǔn)其應(yīng)用方向，為以后的林業(yè)調(diào)查工作奠定扎實基礎(chǔ)，提供可靠的參考依據(jù)。2）應(yīng)當(dāng)將人工調(diào)查和無人機(jī)調(diào)查兩種方式結(jié)合應(yīng)用，以提高林業(yè)調(diào)查結(jié)果的完整性，使之更加全面，數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。在進(jìn)行人工調(diào)查時，需要核查人員收集和整理相關(guān)資料，深入到林地現(xiàn)場進(jìn)行全面勘察工作，可通過定位數(shù)據(jù)采集儀、劃分小組區(qū)域等方式來進(jìn)行調(diào)查，以了解林地的成活率、保存率及其實際情況等，并做好記錄工作。在進(jìn)行無人機(jī)調(diào)查時，需要根據(jù)實際情況來確定無人機(jī)勘察的起飛點和降落點，科學(xué)規(guī)劃小班范圍，制定適宜的無人機(jī)飛行航線和高度，以做好航拍工作［2］。還可以利用手動操作來進(jìn)行近距離拍攝或是對坡拍攝，以獲取更為詳盡的數(shù)據(jù)。通常來說，無人機(jī)的拍攝數(shù)據(jù)有兩種類別：1）重疊度非常高的航片數(shù)據(jù)，能夠拼接成正射影像，主要用于了解林地的面積，株與株之間的行間距離；2）重疊度較低或是沒有重疊的航片數(shù)據(jù)，其作用在于對照地形圖來確定面積。

1.3 營造林綜合核查無人機(jī)應(yīng)用實施

在營造林綜合核查無人機(jī)應(yīng)用具體實施過程中，應(yīng)當(dāng)注意以下5 點。

1）先收集與工程項目相關(guān)的各項資料，做好無人機(jī)備飛準(zhǔn)備，包括但不限于設(shè)計圖、影像資料，科學(xué)配備外業(yè)用圖，確定好無人機(jī)的飛行范圍，確保其符合飛行條件。與此同時，還要保持無人機(jī)電量充足。一般情況下，標(biāo)配電池可支撐無人機(jī)飛行30 min，難以滿足一整天的飛行任務(wù)，因此需要配備多塊電池，并且保持這些電池電量充足，以避免無人機(jī)無電量支持無法飛行。

2）要做好現(xiàn)地飛行準(zhǔn)備。到達(dá)現(xiàn)地之后，需要綜合考慮多方因素，判斷是否具有無人機(jī)飛行條件，如若確定能夠飛行，則應(yīng)當(dāng)做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。一方面，地面站的信號要保持穩(wěn)定，可選擇地勢比較高、能夠觀察小班全貌的位置作為無人機(jī)起飛點和降落點，安裝好無人機(jī)、遙控、平板等設(shè)備。啟動飛控、GPS 等，規(guī)劃飛行區(qū)域和航線，通過飛行自檢或是人工校準(zhǔn)的方式來確保無人機(jī)的正常運行，將飛行任務(wù)傳輸至無人機(jī)系統(tǒng)中?？墒褂檬袌鲋忻赓M的無人機(jī)控制軟件來規(guī)劃無人機(jī)航拍線路、航測范圍，一般情況下其底圖為30 m 左右的高德影像，必須聯(lián)網(wǎng)，否則無法傳輸航拍影像。

3）在進(jìn)行無人機(jī)飛行時，主要有2 種飛行模式。①自動航拍，指的是設(shè)定好飛行航線、飛行范圍等參數(shù)后，等待無人機(jī)飛回，如若飛行過程中發(fā)現(xiàn)電量不足，則需要將其返回，更換電池之后再繼續(xù)飛行。如果是正射影像，那么航向重疊率在60%～80%，旁向重疊率在30%～50%，高度大概為100 m左右，分辨率為5 cm；如若不做正射影像，那么航向重疊、旁向重疊率均在10%～30%。②手動控制，指的是根據(jù)地形地貌的實際情況，來手動操作無人機(jī)，使之進(jìn)行垂直、傾斜拍攝，一般來說高度控制在50 m 左右，近距離拍攝局部時高度為5 m［3］。

4）要有專門的人員來開展詳細(xì)的現(xiàn)地調(diào)查工作，嚴(yán)格遵循相關(guān)技術(shù)細(xì)則，充分利用數(shù)據(jù)采集儀來進(jìn)行核實，對各主要因子進(jìn)行科學(xué)分析，如合格面積、苗木規(guī)格、土地類型、樹種以及成活率等，并拍照記錄小班全貌。

5）在無人機(jī)完成飛行任務(wù)之后，下載其采集的數(shù)據(jù)信息，檢查其飛行成果，記錄飛行狀況，整理好之后再進(jìn)行下一階段飛行。完成當(dāng)天的飛行計劃后，需要將無人機(jī)的航拍數(shù)據(jù)復(fù)制到計算機(jī)設(shè)備中，通過拼接、正射等方式來進(jìn)行檢查。利用相關(guān)專業(yè)軟件來對航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以了解其信息特征，將數(shù)據(jù)分析結(jié)果編制成完整報告。

1.4 營造林綜合核查無人機(jī)應(yīng)用類型和效果

在營造林綜合核查無人機(jī)應(yīng)用過程中，可以根據(jù)項目類型的不同、造林年度的不同、樹種的不同來科學(xué)劃分營造林綜合核查項目類型：1）植樹造林類；2）競技提質(zhì)類；3）封育管護(hù)類。根據(jù)實驗結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，植樹造林類的作業(yè)痕跡相對來說更明顯，經(jīng)濟(jì)提質(zhì)類難以判斷其工程措施，封育管護(hù)類在分區(qū)方面存在一定的難度。作業(yè)年度越晚，痕跡就愈加明顯，從正判率方面來說，針葉樹種相對于闊葉樹種來說更高些；從影像方面來說，苗木規(guī)格增大、樹冠越大，影像則愈發(fā)明顯［4］。為了確保無人機(jī)航拍影像數(shù)據(jù)更加清晰，需要通過不同的飛行高度來進(jìn)行拍攝，如進(jìn)行低飛拍攝、近飛拍攝等。當(dāng)無人機(jī)飛行高度降低時，其所拍攝的照片覆蓋面積則會減小，照片數(shù)量會成倍增加，需要耗費大量電量，需要的飛行時間也比較長。需要注意的是，并不是任何地勢都能夠進(jìn)行低飛拍攝，如若遇到地勢起伏不平的狀況，采用低飛拍攝則很容易出現(xiàn)撞樹、撞山等事故，安全性不高。為保證低空飛行的拍攝效果，不可使用自動飛行模式，要采用手動控制模式，時時關(guān)注無人機(jī)周邊的環(huán)境，對操作人員的技術(shù)要求比較高。就目前而言，無人機(jī)外業(yè)飛行時間和人工現(xiàn)地調(diào)查時間幾乎沒有太大偏差，但是兩者的不同在于前者還需要進(jìn)行數(shù)據(jù)加工和判讀，后者數(shù)據(jù)已然成型，僅需匯總資料。

2 無人機(jī)在營造林綜合核查應(yīng)用中存在的問題

現(xiàn)階段，無人機(jī)在營造林綜合核查應(yīng)用中仍然存在著很多問題，有待于進(jìn)一步改善，其問題主要有以下3點。1）林地地塊不聚集，存在分散性，每到一塊地都需要重新組裝無人機(jī)，選擇適宜的起飛點和降落點，重新設(shè)置飛行航線，設(shè)定好相應(yīng)的參數(shù)，準(zhǔn)備工作時間較長，至少要花費20～30 min。2）如若要拍攝清晰的小班全貌，則需要通過多次飛行拍攝若干張照片，然后根據(jù)其重疊部分將其進(jìn)行拼接；如若要確定株和株的行間距離，則要進(jìn)行正射影像，拍攝的時候航向重疊率要控制在50%～60%，旁向重疊率則要保持在20%～30%，如若重疊率不達(dá)標(biāo)，則難以確定各項參數(shù)。3）拍攝的時候還需要進(jìn)行局部拍攝，如此才能了解樹苗、管護(hù)等狀況，但實際上難度較大，難以獲取準(zhǔn)確的信息［5］。

3 提高無人機(jī)在營造林綜合核查中應(yīng)用效果的有效措施

為提高無人機(jī)在營造林綜合核查中的應(yīng)用效果，應(yīng)當(dāng)從2 方面著手。一方面，要做好現(xiàn)地調(diào)查工作，全面采集各項數(shù)據(jù)，將無人機(jī)作為輔助來開展核查工作，以提高營造林綜合核查效率，減少外業(yè)工作時長。具體來說，應(yīng)當(dāng)基于傳統(tǒng)現(xiàn)地核查工作，不斷開發(fā)應(yīng)用野外數(shù)據(jù)采集軟件，充分利用現(xiàn)代計算機(jī)信息技術(shù)，逐步實現(xiàn)無紙化辦公，減輕相關(guān)人員的工作量，科學(xué)匯總統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)，以保障數(shù)據(jù)的精確性和完整性。將無人機(jī)航拍作為輔助手段，做好人工檢查工作，以便于獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，了解樹種狀況，明確造林密度，掌握成活率、保存率等。合理應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)，有利于提高營造林綜合核查工作效率，減弱外業(yè)工作強(qiáng)度，縮短核查時間。另一方面，要加大對無人機(jī)操控人員的培養(yǎng)力度，提升飛控人員的專業(yè)水平，豐富其知識技能，從而保障無人機(jī)有效應(yīng)用。作為無人機(jī)操控人員，其不僅要掌握扎實的林業(yè)知識，還要掌握遙感技術(shù)、測繪技術(shù)、計算機(jī)操作技術(shù)等技能，以便于靈活操控?zé)o人機(jī)。需加大對飛控技術(shù)人員的培養(yǎng)力度，重視提升飛控人員職業(yè)素質(zhì)水平。

4 結(jié)語

營造林綜合核查并不是一項簡單的工作，其涉及到多方面內(nèi)容，具有一定的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的野外觀察手段難以解決當(dāng)前工作中的問題，必須引用無人機(jī)技術(shù)，以便于提高營造林綜合核查工作效率，保障核查結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而促進(jìn)營造林綜合核查水平提升。