無人機技術在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計中的應用

楊義鋒

（桂林市林業(yè)設計院，廣西 桂林 541100）

隨著我國信息產(chǎn)業(yè)與制造業(yè)產(chǎn)業(yè)的不斷升級發(fā)展，無人機的制造技術在我國已經(jīng)發(fā)展成熟，目前我國制造的無人機已經(jīng)大量應用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、測繪、監(jiān)控、影視拍攝等多個領域，并為社會生產(chǎn)的發(fā)展做出了令人矚目的貢獻。據(jù)有關資料統(tǒng)計顯示，目前我國已經(jīng)成為全球無人機生產(chǎn)量最大的國家，全球百分之七十以上的無人機產(chǎn)品都是在我國生產(chǎn)的。而隨著無人機產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，無人機技術的不斷成熟，無人機也開始大量應用到林業(yè)工作中，對改進林業(yè)工作的質(zhì)量效率、工作水平發(fā)揮出越來越多的推動作用。

林業(yè)工作因為大多屬于戶外工作，普遍存在工作難度大、強度高、環(huán)境惡劣、受氣候條件與地形條件影響顯著等特征，因而很多工作如果完全依靠人工完成，必然存在工作質(zhì)量和效率上難以盡如人意的問題。同時對于一些惡劣天氣下和復雜地形的林業(yè)工作，人工作業(yè)還有可能為工作人員造成一定的人身健康危險，而通過把無人機技術用于林業(yè)工作，能夠極大減輕林業(yè)工作對人工的依賴，使得很多高強度，高難度，惡劣環(huán)境下的林業(yè)工作由無人機代替，這一方面可以有效提升林業(yè)工作的質(zhì)量和效率，同時對林務工作人員的健康安全也能夠提供更好的保障。林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計是林業(yè)工作中十分重要的項目之一，其以往主要依靠林務工作人員親自到現(xiàn)場進行作業(yè)來完成，存在人力消耗大，測繪精度不理想，具有危險性等方面的問題，而如果引入無人機技術改造以往的工作模式，則能夠有效提升工作質(zhì)量和效率，減少工作對人力的依靠，降低工作成本。而無人機技術相對于傳統(tǒng)的人工作業(yè)模式具有哪些優(yōu)勢與特點，又應如何將其引入應用到林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計工作中？以下本文就結(jié)合林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計的一些實務，展開詳細探討。

1.無人機技術概述

無人機指的是采用遙控、自動控制等技術，可以不需要人員直接乘坐駕駛的飛機。無人機技術指的是研發(fā)、生產(chǎn)、制造和應用無人機用在各類生產(chǎn)生活領域的技術。無人機技術最早源于英國二戰(zhàn)時期研發(fā)的無線電遙控小型無人駕駛飛機技術，由于其具有不依賴飛行員乘坐駕駛，能夠減少戰(zhàn)場傷亡等優(yōu)點，因而一經(jīng)設計出來就獲得了各國軍事研究領域廣泛的關注。而隨著二戰(zhàn)的結(jié)束，無人機技術開始從軍工領域逐漸拓展到民用領域，并逐漸實現(xiàn)了無人機技術的商業(yè)化普及，目前無人機已經(jīng)成為一種具有廣泛商業(yè)價值與生產(chǎn)價值的小型機械，被大量應用在農(nóng)業(yè)、測繪、監(jiān)控、影視拍攝等多個領域，成為重要的小型機械設備 。

無人機因為不需要飛行員，體積可以做到很小，因而能夠深入到人無法進入的很多環(huán)境中，例如復雜的地形、高空、危險場所上方，具有有毒有害氣體的環(huán)境中，這使得無人機具有十分優(yōu)良的環(huán)境適應性，同時因為其支持搭載各類傳感器、相機、光學儀器等設備，因而可以適應各個行業(yè)在監(jiān)控、拍攝、空間作業(yè)上的需要。因此無人機越來越成為現(xiàn)代社會生產(chǎn)領域不可或缺的小型多功能設備設施，得到了越來越廣泛的應用。

2.無人機技術的特點

2.1 地形適應性強

無人機因為體型小，對動力的依賴性不大，因而飛行靈活，可以在各種復雜地形中飛行作業(yè)，尤其在高空、丘陵、沼澤等。而依靠人工難以抵達的環(huán)境，無人機可以大顯身手，依靠其靈活飛行能力，可以在地形復雜的場所從事很多依靠人工無法完成的高難度工作，這使得無人機在應用上極大拓展了傳統(tǒng)人工作業(yè)的環(huán)境適應性，能夠解決很多復雜環(huán)境下作業(yè)問題。

2.2 可執(zhí)行多種任務

無人機本身是一個小型飛行設備，其可以按照需要搭載各種各樣的其他設備，而為其賦予不同的功能，因而其可執(zhí)行任務是多種多樣的，如果搭載攝影設備，則可以進行航拍，如果搭載監(jiān)控設備，則可以進行特定場所或物體的跟蹤監(jiān)控，如果搭載機械手，還可以從事一些復雜地形與高空作業(yè)的操作工作。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，利用無人機還可以噴灑農(nóng)藥，播種等，由于其支持的搭載設備多種多樣，因而也使得無人機的功能十分豐富多樣。

2.3 精準性較高

無人機因為在信息數(shù)據(jù)采集傳輸上主要采用現(xiàn)代數(shù)字技術，因而其具有信息采集精準度高，不受人工操作誤差影響的優(yōu)勢。這使得無人機在測繪領域表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)人工測繪的強大優(yōu)勢。無人機技術通過對各類被測目標進行三維坐標與圖像信息的采集，可以對其實施精準地理信息測繪，由于其采集到的信息為數(shù)據(jù)格式，因而避免以往人工測繪在觀察與操作上有可能出現(xiàn)的誤差，從而可以達到較高的工作精準度。

3.無人機技術在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計中的應用

3.1 森林資源調(diào)查

一般來說，林業(yè)部門都會按照需求對一些地區(qū)的林地與自然生物實施定期信息采集與調(diào)查，主要目的是為了隨時掌控森林資源的發(fā)展情況，了解資源動態(tài)，從而為林業(yè)工作提供準確及時的資料信息。以往依靠人工的森林資源調(diào)查，通常需要工作人員深入到自然環(huán)境中，依靠各類測繪設施、圖像采集設備等進行調(diào)查，一方面工作環(huán)境惡劣，勞動強度大，對于一些具有野生生物的森林環(huán)境，工作人員可能還要面對遭受野外生物攻擊的危險。而如果采用無人機進行森林資源調(diào)查，可以十分便捷地從空中完成信息采集與調(diào)查任務，無須工作人員到現(xiàn)場也能完成調(diào)查工作。同時因為無人機在高空作業(yè)，完全可以忽略惡劣地形對工作難度的影響，也不會遭受野外生物對調(diào)查工作造成的威脅。因此相對于以往依靠人工的森林資源調(diào)查工作，采用無人機技術可以更好地提升工作效率，降低工作危險性，節(jié)約成本。

3.2 無人機在森林防火監(jiān)測系統(tǒng)中的應用

如果森林中發(fā)生火災，會對自然資源與生物資源造成嚴重的危害與損失，所以防范控制森林火災是林業(yè)工作中的重要項目。而因為森林火災一旦爆發(fā)，其具有一定不可控性與發(fā)展態(tài)勢難以預料的特征，因而如果依靠人工進行森林火災的信息調(diào)查與控制，有可能為工作人員造成生命安全與健康的威脅。而通過采用無人機技術，以無人機作為調(diào)查設備，控制設施實施森林火災的監(jiān)督防控，可以極大減少森林火災監(jiān)督防控工作對人工的依賴，避免這一高危工作導致的工傷事故，最大限度地保護工作人員的安全。同時采用無人機技術進行森林火災的監(jiān)督防控，還可以深入火災現(xiàn)場的危險環(huán)境，就近采集火災信息。而使用一些體積較大的無人機搭載滅火裝置，可以在森林火災火勢較小時對其進行滅火與火勢控制，這可以使得森林防火監(jiān)測系統(tǒng)獲得強大的技術支持，對森林火災防范控制起到有利的推動。

3.3 無人機在森林病蟲害監(jiān)測上的應用

無人機因為具有運動靈活、適應高空作業(yè)的優(yōu)勢，因而在森林病蟲害監(jiān)測防治上具有得天獨厚的優(yōu)勢。通過在無人機上搭載攝像頭、數(shù)碼相機，可以對較高的林木上中部是否感染病蟲害進行觀察監(jiān)測，對于大面積的林木病蟲害，利用無人機可以高空噴灑農(nóng)藥，進行病蟲害的治理。同時對于一些主要感染樹葉的病蟲害，利用無人機技術可以定期監(jiān)測林木上部的樹葉病蟲害感染發(fā)病情況，拍攝清晰照片為進行病蟲害防治方案提供依據(jù)。利用無人機的精準測繪技術，林務工作人員還可以對病蟲害發(fā)生的范圍實施精準掌握，從而為病蟲害控制治理提供準確信息。

3.4 無人機技術在林業(yè)執(zhí)法中的應用

對于森林執(zhí)法工作，因為需要監(jiān)督防控的區(qū)域面積廣闊，因而依靠人工進行監(jiān)督防控，受到工作人員活動能力與目測觀察能力的限制，很難實現(xiàn)實時監(jiān)控，準確發(fā)現(xiàn)違法行為。而通過采用無人機技術，從高空錄制大范圍森林影像，可以有效實現(xiàn)對大面積森林資源的執(zhí)法監(jiān)控，通過利用圖像分析與動作捕捉軟件，可以對無人機采集到的森林圖像進行分析，有效識別出違法犯罪人員的違法行為，并及時通知林務人員并作出及時有效地處理。這相對于以往主要依靠人工巡視的森林監(jiān)督執(zhí)法，其具有監(jiān)督更為嚴密，執(zhí)法更為及時的優(yōu)勢，同時通過設定自動化的監(jiān)督控制程序，還可以做到利用無人機實現(xiàn)特定區(qū)域的二十四小時不間斷監(jiān)督控制，這對于提高森林執(zhí)法水平，加強執(zhí)法工作及時性、有效性，打擊違法犯罪都具有顯著的積極意義。

3.5 森林信息獲取中的應用

利用無人機設備，在其上搭載各類測繪設施、影像采集設備，可以利用無人機技術對森林信息進行實時、動態(tài)的采集記錄。因而在森林信息獲取上可以起到傳統(tǒng)人工無法起到的作用，其具有傳統(tǒng)人工作業(yè)模式不具備的強大優(yōu)勢，這主要體現(xiàn)在如下一些方面：

3.5.1 森林蓄積量估算

森林蓄積量指的是單位面積的森林資源中，生存的林木樹干部分的總量。對森林蓄積量的統(tǒng)計是林業(yè)管理工作的一項基礎性工作，如果不能準確統(tǒng)計森林蓄積量，在林業(yè)管理上很多基于林業(yè)規(guī)模信息工作都無法開展，所以準確調(diào)查特定地區(qū)森林資源的林業(yè)蓄積量，采集林業(yè)蓄積量信息十分關鍵。而在傳統(tǒng)的人工作業(yè)模式中，要完成這一工作需要投入大量的人財物力，因為森林資源規(guī)模大，面積廣，同時地形復雜，野外工作環(huán)境惡劣，因而依靠人工進行森林蓄積量調(diào)查，一方面工作效率低下，同時有可能受到人員手工測繪操作精度的影響，而在森林蓄積量統(tǒng)計上存在一定的誤差。而通過利用無人機技術，以無人機航拍測繪、地理學信息采集等方式了解森林信息，可以高精度地采集到目標地區(qū)的森林蓄積量信息，同時利用無人機技術，可以支持在很多復雜危險地形的森林蓄積量信息調(diào)查，還可以支持惡劣氣候環(huán)境下的調(diào)查和信息采集工作，因而相對于以往傳統(tǒng)的人工作業(yè)模式，其具有工作效率高，成本低，危險性可控等多方面優(yōu)勢。

3.5.2 森林生物量估測

對特定森林環(huán)境中的生物量信息進行調(diào)查采集，是開展生態(tài)保護工作的重要基礎，而依靠傳統(tǒng)的人工作業(yè)方法，一方面野外生物各類感官敏銳，距離很遠就可以發(fā)現(xiàn)人類接近而迅速逃離，為生物量信息采集統(tǒng)計帶來一定困難。同時對于野外環(huán)境中生存的一些帶有危險性和攻擊性的生物，依靠人工進行采集也會為工作人員帶來人身安全與健康方面的威脅。而通過使用無人機技術，其小型化、空中飛行的特征可以消除大多數(shù)生物對其戒備心，從而有效采集到森林中的大量有價值生物信息，同時對于一些帶有危險性和攻擊性的生物，也可以利用無人機就近采集信息，不用擔心其危險性與攻擊性對生物信息采集造成的影響，這可以極大提升森林生物量估算的準確性和有效性，并提升工作效率。

3.5.3 森林郁閉度估測

森林郁閉度指的是特定森林資源環(huán)境中，喬木樹冠可以覆蓋地表的程度，這一指標是評估森林質(zhì)量的一個常用指標，很多林業(yè)管理工作都要使用到森林郁閉度。而要有效采集特定地區(qū)森林資源的郁閉度信息，傳統(tǒng)的人工作業(yè)模式通常委派專門工作人員到現(xiàn)場進行目測調(diào)查，測繪調(diào)查，拍照調(diào)查等，這一方面需要投入大量人財物力，同時受制于工作環(huán)境與工作人員的精力、體力，手工信息采集精度，對森林郁閉度的調(diào)查難以達到較高的工作效率與信息精準度。而通過使用無人機技術，采用無人機搭載測繪設備、拍照設施，對目標地區(qū)森林實施高空測繪與拍照，并把采集到的測繪信息實施數(shù)據(jù)處理，可以十分精準地計算出目標地區(qū)的森林郁閉度，并且工作省時省力，精確度高，并可以極大降低工作成本，減輕工作難度。

3.6 營造林核查

營造林核查屬于林業(yè)管理工作中十分重要的日常工作，因為特定地區(qū)建造營造林一般具有規(guī)模面積大，不同區(qū)域林木長勢受土壤自然環(huán)境影響不一致等特點，而如果完全采取人工作業(yè)的核查方法，依靠工作人員目視檢查，一方面工作強度較大，同時受制人工目測在精準度上的缺陷，難以做到全面檢查，精準統(tǒng)計檢查信息。而通過使用無人機技術，在無人機上搭載測繪設備、視頻監(jiān)控設施、影像采集設施，可以在高空獲取營造林影像，并通過數(shù)據(jù)分析，對營造林的面積、植株數(shù)、長勢信息等實施全年采集與記錄，這可以有效實現(xiàn)以低成本快速進行營造林核查，并提升核查精度，對林木中上部是否有病害也可以及時發(fā)現(xiàn)并作出處理，這可以極大提升營造林管理的工作質(zhì)量與嚴密性，提升工作效率。

4.結(jié)語

時代在不斷發(fā)展進步，無人機技術在我國機械制造領域的成熟，也為林業(yè)工作提供了強大的技術支持，因而林業(yè)工作者應積極學習掌握無人機技術，更多將其應用到森林資源調(diào)查、病蟲害監(jiān)測、綠化區(qū)識別等各項工作中，從而更好地提升林業(yè)工作的質(zhì)量，降低工作成本，提升林業(yè)工作的科技化、現(xiàn)代化水平。