無人機(jī)遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用探討

石 瑜

（融水縣國營懷寶林場，廣西 融水 545300）

引言

我國已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、市場化、國際化快速發(fā)展階段，黨中央提出生態(tài)文明建設(shè)重大戰(zhàn)略決策，并提出“綠水青山就是金山銀山”的基本理念，森林資源作為生態(tài)文明建設(shè)的重要載體，因此摸清森林資源家底是當(dāng)前工作的重中之重。在信息化技術(shù)的當(dāng)前，進(jìn)行森林資源調(diào)查工作完全可以利用無人機(jī)遙感技術(shù)，采用多元遙感（高分辨率衛(wèi)星遙感、高清航天遙感、機(jī)載激光雷達(dá)遙感）等專業(yè)技術(shù)，為“天空地”一體化為基礎(chǔ)的新技術(shù)、新方法、新規(guī)劃、新目標(biāo)提供技術(shù)支撐，極大減少人力物力資源消耗，減少外業(yè)調(diào)查工作量，降低勞動強(qiáng)度，提高森林資源調(diào)查工作效率，并且也避免人為因素對森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)果的影響。本文主要分析在森林資源調(diào)查中如何利用無人機(jī)遙感技術(shù)以及無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用方法，為相關(guān)調(diào)查人員參考，并對調(diào)查成果提出修正意見。

1.無人機(jī)遙感技術(shù)概述

1.1 無人機(jī)遙感技術(shù)。在進(jìn)行森林資源調(diào)查中，無人機(jī)遙感技術(shù)能有效掌握全面的森林動態(tài)信息與相關(guān)的具體數(shù)據(jù)等，在應(yīng)用的過程中無人機(jī)遙感技術(shù)具有低成本、低風(fēng)險(xiǎn)，高效率、高標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用優(yōu)勢，并且在無人機(jī)遙感技術(shù)中可進(jìn)行自動化的處理模式。例如在利用無人機(jī)遙感技術(shù)對森林資源具體林木數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲時，數(shù)據(jù)會形成自動化的處理模式，將設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行修正從而為后續(xù)精準(zhǔn)的測量與計(jì)算提供標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。無人機(jī)遙感技術(shù)目前已經(jīng)成為對地觀測、自然資源空間信息采集等快速、高效、精準(zhǔn)、大范圍獲取的主要技術(shù)之一。尤其是目前隨著無人機(jī)搭載熱紅外、高光譜、激光雷達(dá)等多源遙感觀測平臺的形成，為森林資源、自然資源高頻次、區(qū)域化監(jiān)測提供了全新的技術(shù)手段。

1.2 無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢在于快速、高效、精準(zhǔn)、多產(chǎn)，且無人機(jī)型號種類較多，能夠適應(yīng)多種自然環(huán)境下工作。在大范圍開展森林資源調(diào)查時可利用固定翼型無人機(jī)對森林資源進(jìn)行航拍采集信息；在小范圍調(diào)查時，可利用RTK多旋翼型無人機(jī)進(jìn)行實(shí)時采集。利用無人機(jī)遙感技術(shù)航拍采集地理信息、森林資源信息等，幫助調(diào)查人員快速整理相關(guān)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)。結(jié)合設(shè)立地面監(jiān)測點(diǎn)抽樣調(diào)查，通過建立數(shù)據(jù)模型，修正各項(xiàng)主要參數(shù)，可有效實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遙感技術(shù)開展森林資源資源調(diào)查成果與人工開展森林資源資源調(diào)查成果的可比性和互補(bǔ)性，使無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)采集更加準(zhǔn)確。利用GIS地理信息系統(tǒng)，建立健全森林資源管理平臺，統(tǒng)一管理森林資源檔案數(shù)據(jù)，形成可視化管理能力，打破傳統(tǒng)森林資源調(diào)查成本高、效率低的調(diào)查模式，有效解決在森林資源調(diào)查中存在視野死角、調(diào)查不全面等問題。充分利用“空—天—地”森林資源全要素遙感技術(shù)服務(wù)體系，利用無人機(jī)遙感技術(shù)形成遙感監(jiān)管技術(shù)服務(wù)鏈條，建立了森林資源動態(tài)調(diào)查與開展森林督查工作相互結(jié)合協(xié)作機(jī)制，同時培養(yǎng)了一支專業(yè)對口、技術(shù)過硬、結(jié)構(gòu)合理、經(jīng)驗(yàn)豐富的遙感技術(shù)人才隊(duì)伍，為縣級森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查、森林資源管理和監(jiān)測、生態(tài)文明建設(shè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐和服務(wù)保障。由此可見，無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢是非常全面的，基本涵蓋了所有針對森林資源調(diào)查的各個環(huán)節(jié)，并且為守護(hù)我國生態(tài)環(huán)境、林業(yè)建設(shè)等作出了積極有力的貢獻(xiàn)。

2.無人機(jī)遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用價(jià)值

2.1 利用無人機(jī)獲取地理信息進(jìn)行林（土）地分類。在森林資源調(diào)查中，利用無人機(jī)遙感技術(shù)獲取地理信息DOM高清地表特征影像圖，是完全能夠滿足森林資源調(diào)查林（土）地分類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的。

在滿足總體蓄積量精度與小班面積精度要求下，利用無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行實(shí)地表征信息采集，通過預(yù)處理，獲取高清DOM影像，結(jié)合人工地面抽樣調(diào)查，確保無人機(jī)遙感技術(shù)在林（土）地劃分的準(zhǔn)確性，能夠滿足第三次全國國土資源調(diào)查《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T21010-2017）標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)森林資源調(diào)查的有關(guān)要求，對林（土）地分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行細(xì)化與完善，增加了林地、園林以外的9類土地中將林地分類分為喬木林地、竹林地、灌木林地等類型，并且增加耕地喬木林地、耕地竹林地、宅旁喬木林地、宅旁竹林地、宅旁灌木林地等17個四級地類。結(jié)合《廣西壯族自治區(qū)2018年度林地及森林資源變更調(diào)查操作細(xì)則》與《2009年森林規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查技術(shù)方法》土地分類標(biāo)準(zhǔn)，再次進(jìn)行細(xì)化，并增加林土地類型代碼標(biāo)注，確保森林資源調(diào)查成果與第三次國土調(diào)查成果有效銜接。

2.2 利用無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行小班區(qū)劃。利用無人機(jī)采集地理信息數(shù)據(jù)，通過預(yù)處理，獲取DOM高清影像圖，結(jié)合高分辨率遙感影像圖、谷歌影像圖、天地圖、衛(wèi)星遙感圖等，以分界明顯的林地小班邊界區(qū)劃小班。在小班區(qū)劃中，以GB/T21010-2017為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一區(qū)劃，再按森林資源調(diào)查土地類型進(jìn)行細(xì)化。以無人機(jī)采集獲取DOM高清影像圖為參考底圖，完全能夠滿足小班區(qū)劃精度要求。如以林區(qū)道路為分界線，其精度完全可以控制在5個像元(2.5米)以內(nèi)；人工林小班之間、人工林小班與天然林小班之間的界線區(qū)劃精度完全可以控制在一行樹木以內(nèi)(3~4米以內(nèi))；天然林小班之間的界線精度控制在10米之內(nèi)。能夠滿足林地(含非林地森林)面狀小班最小上圖小班面積400平方米的上圖要求；滿足防火線、防火林帶、鐵路、公路、鄉(xiāng)村道路、林區(qū)道路、河流等線狀小班最小上圖寬度4米的上圖要求。

2.3 利用無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行林分調(diào)查。在林分調(diào)查中，主要調(diào)查林分平均胸徑、平均樹高、優(yōu)勢高、單位面積斷面積、單位面積蓄積量、林木密度（郁閉度）、平均年齡等。利用無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行林分調(diào)查，其基本方法是利用無人機(jī)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集。首先將激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)分為地面點(diǎn)、植被點(diǎn)和非植被地面點(diǎn)(如建筑物、鐵塔、電線等)3類，用地面點(diǎn)生產(chǎn)數(shù)字高程模型(DEM)，用植被點(diǎn)生產(chǎn)數(shù)字表面模型(DSM)，并將植被點(diǎn)作歸一化處理，得到數(shù)字樹冠層模型(CHM)。其次對植被點(diǎn)數(shù)據(jù)作歸一化處理，計(jì)算統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)，得到大量與林分高度相關(guān)的高度變量(如平均高、中值高、各個分位數(shù)高度等)、與林分密度相關(guān)的密度變量(如冠層密度、各個分位數(shù)密度等)和與地形相關(guān)的地形變量(最低值、最高值)等。利用無人機(jī)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，結(jié)合地面樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，分樹種篩選林分變量（林分平均高和優(yōu)勢高不分），建立林分參數(shù)估測模型，通過優(yōu)化和檢驗(yàn)，最后確定最優(yōu)林分估測模型，利用最優(yōu)林分估測模型編制該地區(qū)林分參數(shù)分布圖。同時利用無人機(jī)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)生產(chǎn)全縣(DEM)地貌圖，從而提取小班海拔高、坡度、坡向、坡位等地理自然環(huán)境信息，并給各個小班屬性予以賦值。結(jié)合歷史資料和實(shí)地補(bǔ)充調(diào)查，以及往年經(jīng)營管理數(shù)據(jù)，使利用無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行的森林資源調(diào)查成果與前期森林資源調(diào)查成果、林地變更“一張圖”等有一定的可比性和一致性。

2.4 利用無人機(jī)遙感技術(shù)在林業(yè)日常工作的應(yīng)用。利用無人機(jī)遙感技術(shù)結(jié)合縣級森林督查工作的常態(tài)化開展，加強(qiáng)對生態(tài)公益林?jǐn)?shù)據(jù)整合和日常監(jiān)管力度。結(jié)合2020年廣西壯族自治區(qū)重點(diǎn)公益林區(qū)劃落界成果，將重點(diǎn)生態(tài)公益林?jǐn)?shù)據(jù)整合到小班區(qū)劃中，并根據(jù)小班區(qū)劃結(jié)果對其進(jìn)行局部修正?？衫脽o人機(jī)遙感技術(shù)調(diào)查森林林木質(zhì)量，比如調(diào)查林木的生長生存、林木質(zhì)量、森林病蟲害等，可結(jié)合人工地面現(xiàn)場排查，分析辨別林木生長、林木質(zhì)量、森林病蟲害等林木的優(yōu)劣情況和存在可能發(fā)生森林病蟲害情況?？衫脽o人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行森林火災(zāi)預(yù)防檢測與森林火災(zāi)評估，并為森林防火工作作最新的科學(xué)決策依據(jù)。在森林資源管理中，森林火災(zāi)預(yù)防與檢測是必不可少的工作，也是非常重要的一部分，可利用無人機(jī)遙感技術(shù)的光波以及熱紅外傳感器采集相關(guān)數(shù)據(jù)，有效做好森林火災(zāi)預(yù)防和實(shí)時掌控火情狀態(tài)，為相關(guān)人員提供科學(xué)決斷依據(jù)和制定相應(yīng)防護(hù)措施，以此減少森林火災(zāi)的發(fā)生和減少森林火災(zāi)造成的損失。

結(jié)束語

在森林資源調(diào)查中，使用無人機(jī)遙感技術(shù)不僅降低了外業(yè)調(diào)查工作量，也可避免人為因素影響調(diào)查精準(zhǔn)度，還能夠提高工作效率、工作質(zhì)量和調(diào)查成果的精準(zhǔn)度和可信度。無人機(jī)遙感技術(shù)可根據(jù)調(diào)查內(nèi)容和調(diào)查精度要求不斷完善技術(shù)支撐體系，以此探索出互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等現(xiàn)代科技應(yīng)用，不斷加強(qiáng)對林業(yè)高科技人才、綜合應(yīng)用人才隊(duì)伍建設(shè)，打造出高水平智慧調(diào)查模式，以此適應(yīng)我國新形勢下林業(yè)發(fā)展要求，實(shí)施科技興林戰(zhàn)略，有效推動林業(yè)建設(shè)事業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，更好地為我國生態(tài)文明建設(shè)服務(wù)。