輕小型無人機在新一輪退耕還林工程外業(yè)中的應(yīng)用

趙 強

（甘肅省天水市麥積區(qū)林業(yè)和草原局， 甘肅 天水 741020）

林業(yè)數(shù)據(jù)資源是林業(yè)技術(shù)部門生產(chǎn)中的重要數(shù)據(jù)依據(jù)。無人機技術(shù)的迅速發(fā)展為行業(yè)的信息化、數(shù)字化提供了便捷途徑，以輕小便捷、安全性能高、機動性強、操作簡單、控制靈活、多空間使用的特征，為林業(yè)的迅速發(fā)展提供了良好條件，有效解決了新一輪退耕還林工程中，偏遠(yuǎn)圖斑人工難以核查、安全不能保障、外業(yè)核查效率低的問題。

退耕還林是從保護和改善生態(tài)的角度出發(fā)，將水土流失嚴(yán)重的耕地，沙化、鹽堿化、石漠化嚴(yán)重的耕地以及糧食產(chǎn)量低而不穩(wěn)定的耕地，有計劃、分步驟地停止耕種，因地制宜地進行造林種草，逐漸恢復(fù)林草植被，是我國乃至世界上投資最大、政策性最強、涉及面最廣、群眾參與程度最高的一項重大生態(tài)工程。

2014年啟動的擴大新一輪退耕還林工程是黨中央、國務(wù)院做出的一項具有遠(yuǎn)見卓識的英明決策，是在水土流失和土壤沙化危害最突出的歷史背景下提出的生態(tài)文明建設(shè)和林業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的標(biāo)志性工程，是我國促進人與自然和諧、建設(shè)生態(tài)文明和美麗鄉(xiāng)村的戰(zhàn)略舉措，是促進農(nóng)民脫貧致富和全面施行鄉(xiāng)村振興的客觀要求，對增加西北干旱地區(qū)植被覆蓋率、維護生物多樣性、凈化空氣、調(diào)節(jié)氣候，徹底治理水土流失具有里程碑式的意義。

依據(jù)《新一輪退耕還林還草總體方案》，為促進林業(yè)科學(xué)、合理、持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)建生態(tài)宜居的綠色環(huán)境，把嚴(yán)重沙化、生態(tài)承受力弱、不適宜耕種的15°～25°以上坡耕地進行規(guī)劃，以此達到綠化、美化效果，遏制耕地水土流失、土壤沖刷，為進一步推動生態(tài)環(huán)境保護和高質(zhì)量發(fā)展起到重要作用，更對連片特困地區(qū)的生態(tài)文明建設(shè)，實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)、經(jīng)濟文明科學(xué)發(fā)展，促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮了積極作用。

智飛地圖（無人機G I S App）是國內(nèi)唯一一款可加載海量地理空間數(shù)據(jù)，并智能控制無人機飛行的移動信息管理平臺，顛覆性的將輕小型無人機普及到各行各業(yè)的實際工作中，開辟了輕小型無人機移動GIS應(yīng)用的創(chuàng)舉，大幅減少了外業(yè)核查運營成本，提高了作業(yè)效率。以往的無人機飛控App不能存儲、加載帶地理坐標(biāo)的地圖，導(dǎo)致核查區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)規(guī)劃的飛行區(qū)域和實際需要的區(qū)域存在非常大的誤差，增加重復(fù)作業(yè)的強度?，F(xiàn)在智飛地圖能把各類矢量數(shù)據(jù)（支持shapefile、gdb、mdb、kml、dwg等管線、規(guī)劃及各行業(yè)專題圖）和柵格數(shù)據(jù)（支持GeoTIFF、Imagine、JPEG、GRASS Raster、Grid等格式）匯聚一體，形成專屬的飛行地圖，對照空間數(shù)據(jù)（支持CGCS2000、西安80、北京54、WGS-84、獨立坐標(biāo)等坐標(biāo)系）精準(zhǔn)規(guī)劃飛行區(qū)域、合理規(guī)劃航線，保障飛行任務(wù)科學(xué)、安全、高效。

現(xiàn)將輕小型無人機在新一輪退耕還林工程外業(yè)核查中常用功能和使用方法作簡單介紹。

1 智飛地圖外業(yè)應(yīng)用方法

1.1 前期準(zhǔn)備

衛(wèi)星影像下載采用Bigmap軟件下載天水市境內(nèi)高清衛(wèi)星地圖數(shù)據(jù)，下載衛(wèi)星地圖數(shù)據(jù)120G，影像精度0.5米，坐標(biāo)設(shè)置為投影坐標(biāo)CGCS2000_GK_CM_105E。

矢量數(shù)據(jù)采用shp格式的甘肅省新一輪退耕還林?jǐn)?shù)據(jù)，由小班基本信息（A字段）和檢查驗收信息（B字段）兩部分組成。外業(yè)核查使用小班基本信息，包括戶主名、戶主身份證號、退耕合同號、小班號、作業(yè)面積、土地權(quán)屬、林木權(quán)屬、空間地理位置信息及施工信息等共142個字段。

經(jīng)過影像的預(yù)處理、空間配準(zhǔn)、內(nèi)容融合；影像增強、影像鑲嵌和裁切、圖幅整飾處理等，形成TIF格式柵格文件，作為調(diào)查的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。

打開智飛助手軟件，點擊“創(chuàng)建數(shù)據(jù)”進入創(chuàng)建地圖頁面。將矢量化的甘肅省新一輪退耕還林?jǐn)?shù)據(jù)工程圖斑、天水市境內(nèi)高清衛(wèi)星地圖柵格影像等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為.soly智飛地圖專用格式。

字段設(shè)置是為字段設(shè)置別名，在矢量化的退耕還林屬性數(shù)據(jù)庫中可能會有很多數(shù)據(jù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)大多是英文大寫字母，為了避免混淆和忘記我們可以設(shè)置別名，方便我們查看。并且在“創(chuàng)建數(shù)據(jù)”處點擊“編輯”，可以為字段添加值域，即字段可選項。

“創(chuàng)建數(shù)據(jù)”點擊“標(biāo)注”，可以設(shè)置顯示的標(biāo)注字段，如選擇圖斑編號、地塊編碼、設(shè)計面積、樹種組成、戶主身份證號、退耕還林合同號等，設(shè)置顯示字體的大小和顏色，便于在飛行時實時查看。

1.2 手動飛行

新一輪退耕還林工程外業(yè)核查采用大疆御Mavic 2 Pro專業(yè)版無人機。大疆御Mavic 2 Pro專業(yè)版采用哈蘇航拍相機可提供色彩精準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)素材保證外業(yè)核查退耕圖斑時能夠快速區(qū)別圖斑與植被的顏色。安全性方面：擁有遍布機身的全方位10個視覺傳感器及紅外傳感系統(tǒng)，提供了六向環(huán)境感知能力，同時在機身下方還有LED補光燈，全面提升了無人機在復(fù)雜飛行環(huán)境中的安全性；在圖像傳輸方面：控制距離最遠(yuǎn)可達8公里，即使在微風(fēng)的環(huán)境下，配合高精度三軸云臺可穩(wěn)定拍攝4K超高清視頻與2000萬像素照片，滿足用戶在戶外的航拍作業(yè)需求；穩(wěn)定性方面：可在室內(nèi)外穩(wěn)定懸停、飛行，具備自動返航及障礙物感知功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)豐富且易用的智能飛行功能。

通過USB數(shù)據(jù)線或智飛助手，將核查圖斑數(shù)據(jù)離線加載到智飛地圖作為飛行地圖，即使在沒有網(wǎng)絡(luò)的山區(qū)，也能快速直觀地掌握圖斑情況。手動內(nèi)八啟動無人機，升空后控制無人機圖標(biāo)指向核查目標(biāo)區(qū)域。飛行過程中盡量使機頭朝前飛行，云臺水平，最大程度保證智能避障的開啟。

2 智飛地圖現(xiàn)場判讀、核查

在了解退耕還林圖斑的分布之后，可根據(jù)分布情況選擇一個起降點，利用無人機依次圖斑范圍現(xiàn)場拍攝退耕還林現(xiàn)狀圖斑照片。核查圖斑現(xiàn)狀時，界面上會出現(xiàn)藍色的拍攝范圍框，當(dāng)無人機拍完了照片后，直接就能將照片疊加到智飛地圖上顯示，通過圖傳對比高清衛(wèi)星地圖遙感影像和疑似變化退耕圖斑等數(shù)據(jù)，現(xiàn)場判讀圖斑變化情況，來判斷樹種成活率和栽植比例情況。快速掌握甘肅省新一輪退耕還林工程實施情況。

對于一些退耕圖斑分布較密集的區(qū)域，還可以通過智飛地圖來設(shè)置重疊度（包括航向重疊度和旁向重疊度），航向重疊6 0%～8 5%，旁向重疊60%～75%。飛行高度可以根據(jù)實際地形調(diào)整相關(guān)參數(shù)，無人機會自動獲取退耕實施作業(yè)區(qū)域正射影像。根據(jù)最新的高清影像，室內(nèi)就能快速判讀退耕圖斑現(xiàn)狀，并準(zhǔn)確地勾繪提取出退耕圖斑內(nèi)的變化范圍。

通過高清影像提取新一輪退耕還林圖斑變化范圍的方式，讓作業(yè)人員不用再拿著GPS、測畝儀和圖紙到現(xiàn)場核查退耕圖斑現(xiàn)狀、記錄退耕圖斑變化的邊界，無論是準(zhǔn)確性還是效率都能得到極大地提高。

3 結(jié)束語

隨著高新技術(shù)在林業(yè)行業(yè)上的不斷應(yīng)用，可以預(yù)見，輕小型無人機將會在未來的林業(yè)生產(chǎn)中將會扮演更重要的角色。智飛移動GIS地圖的應(yīng)用能為林業(yè)一線工作人員提供準(zhǔn)確的圖斑核查效率，便捷的核查速度，提升了核查人員因地形因素造成的安全隱患問題。無人機技術(shù)以其靈活性好、操作簡單、易保養(yǎng)、使用、維護成本低、安全風(fēng)險系數(shù)小等優(yōu)點在現(xiàn)代及未來遙感林業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用，被廣泛應(yīng)用于林業(yè)資源調(diào)查、林地征占用、林地林權(quán)管理、古樹名木管理、天然林保護工程、林業(yè)有害生物防治和病蟲害調(diào)查等，特別是在大型林業(yè)災(zāi)害發(fā)生后的監(jiān)測以及后續(xù)林業(yè)持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著巨大的作用。