無人機技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用淺析

摘 要 無人機用于林業(yè)調(diào)查，具有低成本、高效益、機動靈活性、實時性、高分辨率、操作簡便、影像分辨率高、受地形因素影響較小等特點。與傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感技術(shù)相比，無人機技術(shù)更靈活，且在緊急情況下，無人機技術(shù)可以實時監(jiān)測，防止工作人員因突發(fā)事件危及生命安全。應(yīng)用無人機進行遙感航拍，可以有效地彌補衛(wèi)星影像的分辨率低、時效性不佳等缺陷，極大地降低數(shù)據(jù)的運輸成本，減少基層的工作量，有效提高森林資源調(diào)研的工作效率與質(zhì)量。隨著地理信息科學(xué)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，無人機技術(shù)在林業(yè)中具有越來越重要的推廣應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞 無人機技術(shù);勘察測繪;林業(yè)

中圖分類號：S771 文獻標志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.01.029

傳統(tǒng)測繪主要靠人工實地踏勘，手持各種測繪儀器進行測量，工作量大且易受多種因素的影響，致使局部地區(qū)測量精度不能得到保證，某些險要局地甚至無法完成測量。隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各種人造衛(wèi)星進入太空運行，航天遙感也適時地得到了前所未有的發(fā)展。無人機技術(shù)作為航空遙感手段之一，發(fā)展迅猛。就林業(yè)領(lǐng)域來說，無人機技術(shù)的應(yīng)用完善了傳統(tǒng)的林業(yè)研究方法，提高了林業(yè)工作的管理質(zhì)量。

1? 無人機在林業(yè)調(diào)查中的特點和優(yōu)勢

無人機用于林業(yè)調(diào)查，具有低成本、高效益、機動靈活性、實時性、高分辨率、操作簡便、影像分辨率高、受地形因素影響較小等特點，在外業(yè)中可適應(yīng)外界復(fù)雜的環(huán)境，在航測時的飛行航線具有較好的可控性，可根據(jù)實際需求設(shè)置航線。因無人機具有良好的防水、抗風(fēng)、防干擾性，在實際應(yīng)用中，良好的性能確保無人機在執(zhí)行任務(wù)時機身及云臺趨于穩(wěn)定，保證了林業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)的精確性[1]。

林業(yè)資源管理和保護是林業(yè)研究的重要課題，當前的林業(yè)發(fā)展迫切需要林業(yè)研究提供更準確的數(shù)據(jù)支持。但是傳統(tǒng)的林業(yè)調(diào)查方式既困難且安全系數(shù)不高，在深山老林中調(diào)查的范圍也太局限。利用無人機的高分辨率、實時性及靈活性等特點，輔助林業(yè)研究的外業(yè)工作，可以便捷得到林分因子數(shù)據(jù)，從而提高外業(yè)調(diào)查質(zhì)量[2]。與傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感技術(shù)相比，無人機技術(shù)更靈活，且在緊急情況下，無人機技術(shù)可以實時監(jiān)測，防止工作人員因突發(fā)事件危及生命安全。

2? 無人機在林業(yè)中的應(yīng)用

航空護林建設(shè)的發(fā)達程度，對一個國家提升其林業(yè)建設(shè)現(xiàn)代化水平具有重大意義。國家林業(yè)局于2003年起，首次采用先進的高分辨率衛(wèi)星信息技術(shù)在全國各地區(qū)范圍內(nèi)對森林資源進行調(diào)查，開啟了對森林資源的航天遙感調(diào)查研究熱潮。目前在一類調(diào)查中我國各地已經(jīng)普遍實施“衛(wèi)星數(shù)據(jù)+地面人工調(diào)查”這一清查方式，并獲得了良好的效果。但是衛(wèi)星很容易受天氣變化和云層厚度的影響，遙感圖像的分辨率較低，并且其刷新周期長、費用高。應(yīng)用無人機進行遙感航拍，可以有效地彌補衛(wèi)星影像的分辨率低、時效性不佳等缺陷，極大地降低數(shù)據(jù)的運輸成本，減少基層的工作量，有效提高森林資源調(diào)研的工作效率與質(zhì)量[3]。

2.1? 森林防火

我國屬于森林火災(zāi)頻發(fā)的國家，年平均發(fā)生森林火災(zāi)約1萬起，受災(zāi)范圍約上百萬公頃，森林火災(zāi)已成為我國森林主要的災(zāi)害。排除人為因素，氣候的變化多樣性導(dǎo)致了森林火災(zāi)的特點分別為突發(fā)性、隨機化，在很多森林火災(zāi)事故案例中因缺少對森林火災(zāi)實時信息而導(dǎo)致重大損失。因此，火災(zāi)事件發(fā)生前及時對森林進行檢測，掌握實時森林消防信息，為及時撲救火災(zāi)提供重要信息至關(guān)重要。無人機在執(zhí)行林間監(jiān)控巡航、林間信息收集、火情排查及災(zāi)后排查等調(diào)查任務(wù)中，能實現(xiàn)“早發(fā)現(xiàn)、早應(yīng)對”的火災(zāi)應(yīng)對原則，改善傳統(tǒng)森林火災(zāi)防控方式，靈活使用無人機能節(jié)省人力物力且安全系數(shù)較高，也能消除因衛(wèi)星分辨率低、不實時性及檢測難度大等影響森林防控的困擾。在無人機上搭載紅外線林火檢測系統(tǒng)，可實時分析森林火災(zāi)火情蔓延速度、風(fēng)速、最大著火高度等基本情況[4]。在大面積的森林火災(zāi)防控中，一般采用多架無人機協(xié)同工作方式，保證了在復(fù)雜林區(qū)中作業(yè)的穩(wěn)定性和全面性。隨著我國高新技術(shù)的發(fā)展，越來越多森林防火系統(tǒng)被研發(fā)出來并搭載在無人機上，保障了我國森林資源的同時為我國森林防火防控工作提供了極大便利。

2.2? 林業(yè)病蟲害遙感監(jiān)測

受全球氣候變化、社會經(jīng)濟發(fā)展及人為因素的影響，近年來森林病蟲害呈現(xiàn)越來越嚴重的趨勢。如入侵物種美國白蛾已成為對森林生長造成嚴重威脅的蟲害之一。往往因森林病變初期不易被察覺或調(diào)查周期過長，導(dǎo)致錯過了最佳治療時期。不同時期的害蟲往往使林間具有不同的形態(tài)，因此在大面積的防控中具有較大難度。采用自動化的無人機對林間情況進行航空監(jiān)控調(diào)查，已經(jīng)發(fā)展成為當前林業(yè)病蟲害調(diào)查與評估的一種主要手段，該方式相比于傳統(tǒng)的人工地面調(diào)查法，具有外業(yè)工作量小、實時性、成本低、調(diào)查周期短、工作效率和安全系數(shù)更高的優(yōu)點。一方面，被病蟲害影響的區(qū)域植被通常都有顯著特征，可根據(jù)具體的林間病害特征結(jié)合航拍遙感影像圖確定受影響區(qū)域，在區(qū)域內(nèi)能更深層次研究病蟲害發(fā)生的原因和特點，能及時在大規(guī)模病蟲害爆發(fā)前治理;另一方面，在某些人類到不了的深山老林，無人機也可進行病蟲害遙感監(jiān)測。相比于傳統(tǒng)人工地面調(diào)查更全面監(jiān)測了病蟲害始發(fā)地，解決了人工地面調(diào)查局限性的問題。

2.3? 森林執(zhí)法

傳統(tǒng)林業(yè)執(zhí)法配合衛(wèi)星遙感圖進行取證，因為衛(wèi)星遙感圖的不實時性且分辨率偏低，導(dǎo)致在投入了大量的人力物力后因調(diào)查周期太長仍然取證困難。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的不法分子以亂砍濫伐和違法占用林地獲取經(jīng)濟效益的情況日漸增多。無人機技術(shù)應(yīng)用到森林執(zhí)法中，不僅能大大減輕森林執(zhí)法工作人員的負擔(dān)，還能對不法分子造成威懾作用。無人機森林執(zhí)法相比于傳統(tǒng)林業(yè)執(zhí)法，具有時效性高、成本低、操作簡單、影像分辨率高等優(yōu)點。在某些違法犯罪活動中，因為衛(wèi)星影像更新不及時，造成不法分子逍遙法外。無人機作為林業(yè)執(zhí)法中的新興技術(shù)，可以滿足林業(yè)執(zhí)法人員對違法占用林地和亂砍濫伐行為進行實時監(jiān)控，能夠在不需要投入大量人力物力的前提下保護林地資源[5]。無人機的正射影像功能，能及時地監(jiān)測到人為因素和自然因素造成的違法圖斑，為森林執(zhí)法部門提供精準的數(shù)據(jù)，是森林執(zhí)法部門能及時處理違法圖斑的重要手段。

2.4? 營造林核查

現(xiàn)階段我國倡導(dǎo)土地進行退耕還林，雖然已在營造林工作方面有了很多實踐經(jīng)驗，但是在具體運作中，仍會碰到許多難題。在實際的林業(yè)種植工作中，利用無人機對種植區(qū)域進行勘察測繪從而得到土地的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時無人機可實現(xiàn)對林木種子、樹苗的培育工作，比傳統(tǒng)的人工營造林更省時省力，工作效率大大挺高，無人機技術(shù)也可實現(xiàn)在林木生長過程中進行噴灑農(nóng)藥和施用化肥的工作，能在很大程度上減少管護成本，同時對工作人員的身心安全有了極大保障，更能杜絕農(nóng)藥殘留過剩問題。有效地利用無人機進行營造林面積核查、退耕還林面積核查，可以保證營造林工程的效率和準確性。

2.5? 林業(yè)攝影測量

無人機攝影測繪主要是制作二維正射影像，工作人員到現(xiàn)場后進行實地勘察，掌握區(qū)域高低差，辨別天氣情況及是否為限飛區(qū)域，一切準備就緒后規(guī)劃航線飛行，任務(wù)完成采集的圖元數(shù)據(jù)可用 pix4dmapper 軟件進行處理，處理的結(jié)果即為二維正射影像圖[6]。將二維正射影像圖導(dǎo)入地理信息系統(tǒng)中，從而得到該區(qū)域的面積及坐標位置，更直接地反映了林分間的情況，為森林防火、森林病蟲害防治、森林執(zhí)法等林業(yè)資源調(diào)查提供精確基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3? 展望

無人機技術(shù)在林業(yè)資源調(diào)查、研究、保護應(yīng)用中具有廣闊的前景和良好的發(fā)展機遇。無人機技術(shù)的發(fā)展和進步可以使其在林業(yè)資源調(diào)查中應(yīng)用較廣，甚至在大面積的熱帶雨林保護區(qū)、國家森林公園、紅樹林保護區(qū)等得到逐步應(yīng)用。無人機技術(shù)、衛(wèi)生遙感技術(shù)與林業(yè)防控系統(tǒng)相結(jié)合，不斷提高林業(yè)研究工作的精確率和高效性。

無人機技術(shù)給勘察測繪設(shè)計工作帶來極大的便利，改善了傳統(tǒng)勘察測繪的工作方式，在基礎(chǔ)測繪中發(fā)揮著巨大優(yōu)勢。使用無人機制作正射影像進行勘察測繪，在使工作效率提升的同時節(jié)省了人力物力。無人機技術(shù)具有地理位置精度高、信息量大、實時性強、采集速度快等優(yōu)點。隨著地理信息科學(xué)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，無人機技術(shù)在林業(yè)中具有越來越重要的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1] 李保貴.無人機遙感技術(shù)在林業(yè)資源調(diào)查與病蟲害防治中的應(yīng)用[J].花卉，2021（8）：242-243.

[2] 張軍國，閆浩，胡春鶴，等.無人機在林業(yè)中的應(yīng)用及前景展望[J].林業(yè)工程學(xué)報，2019，4（1）：8-16.

[3] 賴超.利用消費級無人機制作正射影像方法——以韶關(guān)新豐江航道測繪項目為例[J].工程技術(shù)研究，2019，4（1）：135-137.

[4] 劉雨絲.試論無人機技術(shù)在林業(yè)工作中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2021，41（7）：74-76.

[5] 于鳳霞.無人機遙感技術(shù)在林業(yè)資源調(diào)查與病蟲害防治中的應(yīng)用研究[J].種子科技，2021，39（3）：103-104.

[6] 韋素秋.無人機在林業(yè)中的應(yīng)用及前景展望[J].綠色科技，2020（3）：138-140.

收稿日期：2021-09-18

作者簡介：李興杰（1996—），男，海南儋州人，本科，林業(yè)助理工程師，主要從事林業(yè)規(guī)劃設(shè)計。E-mail：1038005133@qq.com。