無(wú)人機(jī)技術(shù)在林業(yè)調(diào)查工作中的應(yīng)用

蒙普云

（廣西林業(yè)集團(tuán)桂江林業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣西 南寧 530022）

目前，無(wú)人機(jī)技術(shù)在林業(yè)調(diào)查工作中得到了廣泛應(yīng)用，通過(guò)使用多光譜成像、紅外線掃描等相關(guān)設(shè)備，一定程度上增強(qiáng)了林業(yè)調(diào)查的可靠性與時(shí)效性，也使得林業(yè)數(shù)據(jù)采集獲得更為準(zhǔn)確、直觀的數(shù)據(jù)信息。在廣泛應(yīng)用無(wú)人機(jī)技術(shù)的背景下，傳統(tǒng)林業(yè)調(diào)查方式隨之改變，無(wú)須林業(yè)調(diào)查工作者深入實(shí)地獲取與林業(yè)資源相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。而且，無(wú)人機(jī)技術(shù)可動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)，在短時(shí)間內(nèi)確定火源點(diǎn)，為救援工作的高效與及時(shí)開展提供了極大便利。由此可見，深入研究并分析無(wú)人機(jī)技術(shù)在林業(yè)調(diào)查中的具體應(yīng)用十分有必要。

1 無(wú)人機(jī)技術(shù)概述

無(wú)人機(jī)，即遙控飛機(jī)，該術(shù)語(yǔ)被改變?yōu)闊o(wú)人機(jī)系統(tǒng)，可反映出無(wú)人機(jī)操作會(huì)涉及相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)。軍方一般以RPA一詞表示無(wú)人機(jī)，上世紀(jì)中葉，無(wú)人機(jī)被廣泛應(yīng)用于空中偵察，在劃分無(wú)人機(jī)用途方面，一般可涵括研究與開發(fā)、戰(zhàn)斗、目標(biāo)與誘餌、民用與商用、偵察。

1.1 特點(diǎn)

1.1.1 處理自動(dòng)化

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠?qū)α謽I(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確獲取，自動(dòng)化處理所收集的林業(yè)數(shù)據(jù)信息，使林業(yè)調(diào)查工作獲得精準(zhǔn)度較高的數(shù)據(jù)信息[1]。此外，無(wú)人機(jī)技術(shù)可以科學(xué)修正并處理所拍攝的材料與指標(biāo)，進(jìn)一步提高林業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)的精確性，為科學(xué)計(jì)算提供幫助。無(wú)人機(jī)航拍借助GPS全球定位系統(tǒng)，即可科學(xué)處理航拍結(jié)果。與此同時(shí)，無(wú)人機(jī)技術(shù)的運(yùn)用可將所收集林業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所需格式，為后期林業(yè)調(diào)查工作的開展奠定基礎(chǔ)。

1.1.2 結(jié)果全面化

通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)的運(yùn)用可合理切割DOM文件并形成全新瀏覽軟件，進(jìn)一步提高林業(yè)調(diào)查的工作效率。無(wú)人機(jī)技術(shù)通過(guò)對(duì)相關(guān)軟件與技術(shù)的使用，針對(duì)林業(yè)數(shù)據(jù)信息展開三維立體模型的構(gòu)建，進(jìn)而直觀顯示調(diào)查所得信息，實(shí)現(xiàn)調(diào)查數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的提升[2]。此外，無(wú)人機(jī)技術(shù)亦可自動(dòng)切割處理所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果與圖像，以免觀測(cè)角出現(xiàn)畸變，以形成高質(zhì)量衛(wèi)星遙感圖像。無(wú)人機(jī)技術(shù)能自動(dòng)分析地形，并構(gòu)建DSM模型，促進(jìn)林業(yè)調(diào)查準(zhǔn)確度與效率的提升。

1.1.3 較高分辨率

無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)能夠以標(biāo)準(zhǔn)格式輸出所監(jiān)測(cè)的林業(yè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)攝影技術(shù)與測(cè)量工程的結(jié)合。林業(yè)調(diào)查中引入無(wú)人機(jī)技術(shù)，通過(guò)GPS系統(tǒng)的使用即可對(duì)地理位置信息進(jìn)行精確化計(jì)算，以調(diào)查需求為依據(jù)，人為調(diào)整監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)結(jié)果的精準(zhǔn)度，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果空間分辨率的全面提升。

1.1.4 較快反應(yīng)速度

在對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)使用的過(guò)程中，可在短時(shí)間內(nèi)對(duì)林業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，縮減了數(shù)據(jù)處理所需時(shí)間，提高了工作效率，且對(duì)于硬件設(shè)備的要求不多，能夠確保林業(yè)調(diào)查系統(tǒng)正常運(yùn)行，進(jìn)一步優(yōu)化信息數(shù)據(jù)的采集、處理效率[3]。

1.2 優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)代林業(yè)調(diào)查工作開展中，需獲得精準(zhǔn)度較高的數(shù)據(jù)，以促進(jìn)林業(yè)發(fā)展。而傳統(tǒng)林業(yè)調(diào)查的工作量與難度均較大，要求工作人員深入林區(qū)與山區(qū)，調(diào)查工作的周期長(zhǎng)且獲取數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度不高。通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)的運(yùn)用，借助其高分辨率、快反應(yīng)速度以及靈活性等優(yōu)勢(shì)，可使人工調(diào)查的時(shí)間大大縮減，勞動(dòng)強(qiáng)度也有所降低，與林業(yè)調(diào)查各項(xiàng)要求相適應(yīng)，一定程度上優(yōu)化了林業(yè)調(diào)查質(zhì)量[4]。較之于傳統(tǒng)林業(yè)調(diào)查方法，無(wú)人機(jī)技術(shù)在林業(yè)調(diào)查中的合理運(yùn)用可對(duì)林業(yè)信息予以更精準(zhǔn)化獲取，為工作質(zhì)量的提高提供必要保障。

不同于傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感技術(shù)，無(wú)人機(jī)技術(shù)靈活性更強(qiáng)，即便在突發(fā)狀況下仍可遙控監(jiān)測(cè)地面，可避免相關(guān)工作者進(jìn)入山區(qū)、林區(qū)遭遇危險(xiǎn)，同樣也可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)林業(yè)區(qū)域的目的，進(jìn)一步改善林業(yè)調(diào)查工作質(zhì)量與效率。

2 無(wú)人機(jī)技術(shù)在林業(yè)調(diào)查工作中的具體應(yīng)用

2.1 應(yīng)用于調(diào)查規(guī)劃方面

因我國(guó)地域遼闊，不同區(qū)域的地形、地貌以及植被類型也存在較大的差異?；谏鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，環(huán)境保護(hù)與資源合理利用的重要性逐漸凸顯出來(lái)。林業(yè)調(diào)查工作所涉及的林木類型較多且分布相對(duì)廣泛，工作開展難度較大[5]。在調(diào)查實(shí)踐過(guò)程中，為提高信息獲取的全面性和準(zhǔn)確性，相關(guān)工作人員需對(duì)多種應(yīng)用技術(shù)加以利用，以促進(jìn)調(diào)查手段的多樣化，進(jìn)一步整合多個(gè)渠道信息，以提高信息準(zhǔn)確性。評(píng)判森林狀況一般以林種、樹種、郁閉度、胸徑、樹高等因子為依據(jù)，借助無(wú)人機(jī)技術(shù)對(duì)森林狀況實(shí)施動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，可更有效地調(diào)查森林的分布情況、生長(zhǎng)狀況以及林木質(zhì)量等，通過(guò)對(duì)獲取數(shù)據(jù)的整理分析，獲得預(yù)估性判定依據(jù)，以準(zhǔn)確判斷林木生長(zhǎng)和消亡的周期，對(duì)森林環(huán)境狀況展開系統(tǒng)化分析，為制訂規(guī)劃方案提供必要的數(shù)據(jù)支撐，為管理森林資源工作的開展提供可靠性更強(qiáng)的數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)一步提高林業(yè)經(jīng)濟(jì)水平。長(zhǎng)期以來(lái)，林業(yè)調(diào)查很容易受人為因素影響而導(dǎo)致信息實(shí)效性下降，不利于調(diào)查質(zhì)量和調(diào)查成果可靠性的提高。在引入無(wú)人機(jī)技術(shù)后，林業(yè)調(diào)查所收集的數(shù)據(jù)信息的客觀性與真實(shí)性更強(qiáng)，可使調(diào)查數(shù)據(jù)精確度更高，不斷提高林業(yè)調(diào)查工作的質(zhì)量，同時(shí)也減少人力成本、時(shí)間成本的支出。

2.2 應(yīng)用于火災(zāi)監(jiān)測(cè)方面

火災(zāi)是自然災(zāi)害的一種，其形成與發(fā)展均會(huì)對(duì)森林造成毀滅性危害。一般來(lái)講，森林內(nèi)的林木相對(duì)集中且植被密度大，在火災(zāi)發(fā)生后，僅利用既有技術(shù)手段很難控制火勢(shì)的蔓延。撲救森林火災(zāi)時(shí)，通常采用減少火災(zāi)周邊植被數(shù)量的方式控制其蔓延[6]。由于大部分森林人工開發(fā)程度不高，在火災(zāi)撲救方面取水的難度大且能見度不高，極易引發(fā)消防人員傷亡的情況。即使借助運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行撲救，實(shí)際的效果也相對(duì)有限。在森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)中應(yīng)用無(wú)人機(jī)技術(shù)，可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)火情，以便更好地監(jiān)控火勢(shì)蔓延的方向，使救援人員更快地獲取火情信息，為救險(xiǎn)決策提供準(zhǔn)確的信息保障，提高滅火效率、降低救火人員危險(xiǎn)性。而且，林業(yè)調(diào)查工作人員通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)的使用，能夠更好地掌控森林火情，借助無(wú)人機(jī)內(nèi)所配置的監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)火情信息的及時(shí)傳遞，為森林火災(zāi)撲救工作的開展提供必要幫助。

2.3 應(yīng)用于病蟲害監(jiān)測(cè)方面

結(jié)合當(dāng)前林業(yè)病蟲害監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀可知，很多林業(yè)工作者始終采用傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段，監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)，對(duì)監(jiān)測(cè)效率與效果的影響較大[7]。在病蟲害監(jiān)測(cè)中引入無(wú)人機(jī)技術(shù)，可顯著降低人力資本投入，一定程度上提高了監(jiān)測(cè)工作準(zhǔn)確度。此外，無(wú)人機(jī)技術(shù)可精準(zhǔn)定位所有植物，使得林業(yè)相關(guān)工作者對(duì)植物病蟲害發(fā)生狀況進(jìn)一步了解，利于監(jiān)測(cè)效率的強(qiáng)化。而傳統(tǒng)的管理模式在防治林業(yè)病蟲害過(guò)程中，要借助人力遠(yuǎn)距離將藥物噴灑在林木上，無(wú)法確保藥物覆蓋率，若植被距離較遠(yuǎn)則難以實(shí)現(xiàn)保護(hù)目的。對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)的運(yùn)用不僅實(shí)現(xiàn)了噴灑范圍的拓展，同樣可使藥物噴灑精準(zhǔn)度提高，進(jìn)而準(zhǔn)確防范并控制特定范圍內(nèi)的病蟲害問(wèn)題，以全面提高病蟲害的防治效果。

2.4 應(yīng)用于生物監(jiān)測(cè)方面

開展林業(yè)調(diào)查工作時(shí)，通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可對(duì)林區(qū)相應(yīng)圖像進(jìn)行獲取，科學(xué)且客觀評(píng)估單木生物量，通過(guò)對(duì)面向?qū)ο蟮确椒ǖ氖褂醚芯糠治鰡文緲涔诿娣e，構(gòu)建胸徑回歸模型，在計(jì)算樹生物量方程的基礎(chǔ)上對(duì)樹干內(nèi)大概生物量做出科學(xué)預(yù)估。由于胸徑與樹冠直徑聯(lián)系緊密，可借助樹冠直徑對(duì)胸徑大小做出推算，并根據(jù)生物量與胸徑間計(jì)算方法，對(duì)森林生物量做出預(yù)估[8]。

2.5 應(yīng)用于森林管理方面

森林集約化經(jīng)營(yíng)利于森林生產(chǎn)力的提高，更好地滿足對(duì)木材增長(zhǎng)的需求。特別是在快速生長(zhǎng)林植株管理方面，與農(nóng)業(yè)精細(xì)化類似，可借助無(wú)人機(jī)遙感實(shí)現(xiàn)推廣，在非典型運(yùn)動(dòng)中可保證施肥時(shí)間與地點(diǎn)的正確性。研究工作者通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的運(yùn)用獲取近紅外圖像，對(duì)森林結(jié)構(gòu)健康圖進(jìn)行繪制，因光譜輻射測(cè)量法與野外取樣測(cè)定葉片氮含量關(guān)聯(lián)性緊密，可通過(guò)無(wú)人機(jī)減少森林集約化管理成本，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3 林業(yè)調(diào)查中無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用展望

3.1 采集精度顯著提升

在未來(lái)發(fā)展中，無(wú)人機(jī)設(shè)備分辨率會(huì)不斷提高，采集數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度也將進(jìn)一步提升，是無(wú)人機(jī)拍攝技術(shù)成熟化發(fā)展的表現(xiàn)，使測(cè)繪領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)劃時(shí)代發(fā)展。通過(guò)對(duì)地理信息資源庫(kù)的梳理可知，在圖像分辨率提高的基礎(chǔ)上，拍攝效果會(huì)更清晰，在減少外業(yè)采集量的同時(shí)縮減人工采集成本，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的采集效果[9]。

3.2 深度優(yōu)化數(shù)據(jù)處理軟件算法

通過(guò)對(duì)地理信息軟件的運(yùn)用，可更好地實(shí)現(xiàn)圖像、地理坐標(biāo)的匹配。而軟件所對(duì)應(yīng)的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理能力將對(duì)外業(yè)采集結(jié)果呈現(xiàn)的清晰度產(chǎn)生決定性影響?；跓o(wú)人機(jī)固件的升級(jí)與優(yōu)化，數(shù)據(jù)處理軟件內(nèi)部算法也更加成熟，在對(duì)幾何知識(shí)、物理學(xué)知識(shí)綜合運(yùn)用的基礎(chǔ)上，即可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部圖形計(jì)算模型的全面優(yōu)化目標(biāo)，借助近似思想優(yōu)化算法更好地呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)林業(yè)自然資源展開科學(xué)化評(píng)估。

3.3 設(shè)備兼容性會(huì)更高

基于無(wú)人機(jī)支持功能的拓展，為更好地滿足各場(chǎng)景數(shù)據(jù)采集需求，可搭載不同類型傳感器的采集設(shè)備也被成功研發(fā)，不僅表明設(shè)備兼容性的提高，同樣也彰顯了航拍技術(shù)的成熟性。在此背景下，內(nèi)業(yè)和外業(yè)測(cè)繪結(jié)果質(zhì)量也必然隨之提高，在圖像處理體系趨于成熟的基礎(chǔ)上，用戶體驗(yàn)也將得到優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備兼容性的提升目標(biāo)[10]。

3.4 復(fù)雜地形矢量坐標(biāo)繪圖更方便

如果是無(wú)人機(jī)內(nèi)部測(cè)繪場(chǎng)景不支持的地形，實(shí)際的測(cè)繪難度會(huì)增加，所以要構(gòu)建復(fù)雜地形矢量坐標(biāo)，以不斷提高繪圖的便捷性。在實(shí)際操作中，將不規(guī)則圖像近似地當(dāng)作規(guī)則化圖形，而在預(yù)處理的過(guò)程中，借助圖形畸變校正法構(gòu)建復(fù)雜模型以及與其相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，這樣既可便于內(nèi)業(yè)工作者對(duì)地理信息進(jìn)行測(cè)繪，又更容易拾取地理坐標(biāo)。

3.5 測(cè)繪誤差更小

林業(yè)地理信息測(cè)繪要求內(nèi)業(yè)和外業(yè)互相配合完成，即便人工外業(yè)采集成本減少，但由于地理信息數(shù)據(jù)的處理流程相對(duì)復(fù)雜，機(jī)器或是人為誤差始終存在。一旦測(cè)繪結(jié)果誤差明顯，將對(duì)最終的測(cè)繪結(jié)果產(chǎn)生不利影響。而基于無(wú)人機(jī)拍攝測(cè)繪失誤率的下降，采集誤差也將得到有效控制，進(jìn)而逐步壓縮圖像的傳輸時(shí)間，增強(qiáng)采集體驗(yàn)效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，與傳統(tǒng)林業(yè)調(diào)查方法相比，無(wú)人機(jī)技術(shù)的運(yùn)用能夠更好地節(jié)省時(shí)間與人力成本，獲取數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度更高，一定程度上促進(jìn)了林業(yè)調(diào)查效率的提高，利于林業(yè)快速且穩(wěn)定的發(fā)展。在林業(yè)調(diào)查中應(yīng)用無(wú)人機(jī)技術(shù)，以調(diào)查規(guī)劃、火災(zāi)監(jiān)測(cè)、濕地調(diào)查、病蟲害監(jiān)測(cè)、生物監(jiān)測(cè)、森林管理等為主。伴隨無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展速度的加快，此技術(shù)也將在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)廣泛且深入的運(yùn)用，在充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，進(jìn)一步推動(dòng)林業(yè)調(diào)查工作的質(zhì)量與效率的提升，實(shí)現(xiàn)林業(yè)全面可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。