無人機在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用及操作實例

陶再平

（廣西壯族自治區(qū)國有黃冕林場，廣西鹿寨 545600）

無人機是一種現(xiàn)代化新型飛行裝置，無人機系統(tǒng)中搭載一定的感應(yīng)設(shè)備，在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置核心控制系統(tǒng)，同時裝有相應(yīng)的定位裝置，可自動把控方向。無人機運行過程中，需要專業(yè)技術(shù)人員進行合理規(guī)范的遠程操控，實現(xiàn)航空攝錄目的。無人機通過先進的通信技術(shù)，可將拍攝的相關(guān)影像畫面及時傳輸?shù)竭h程操控裝備中，實現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的實時傳送，為后期工作提供便捷。在林業(yè)調(diào)查過程中，將無人機和遙感技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，可提升林業(yè)調(diào)查的速度和效率，獲得高分辨率影像資料，為林業(yè)管理和林業(yè)防護提供真實有效的數(shù)據(jù)。本文結(jié)合理論和實踐，總結(jié)了無人機在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用，以供林業(yè)工作者參考。

1 無人機在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用

1.1 在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的人力調(diào)查技術(shù)相對比較落后，存在一定的危險性。無人機技術(shù)具有無人智能操作、調(diào)查范圍廣、調(diào)查精度高等特點。例如，在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃過程中，可以利用無人機完成林業(yè)覆蓋度的調(diào)查，即利用無人機搭載遙感技術(shù)平臺，通過衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，建立光譜植被指數(shù)與覆蓋度的相關(guān)模型，并通過地面數(shù)據(jù)平臺完成對后續(xù)數(shù)據(jù)的處理，通過人工地面采集數(shù)字影像，對影像進行圖像分隔或分類操作，提取覆蓋度。通過衛(wèi)星影像提取覆蓋度，受天氣影響大，且空間分辨率、時間分辨率常常難以滿足森林樣地的覆蓋度變化研究需求。

另外，無人機可以搭載和應(yīng)用激光雷達，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的精準控制，將單木數(shù)據(jù)從整體點云中分割出來，獲得植物高度、植物冠大小、植物面積、植物胸徑、立木蓄積和林業(yè)生物信息量等參數(shù)，提升林業(yè)調(diào)查效果。使用無人機進行林業(yè)調(diào)查，還可以覆蓋更加廣泛的森林調(diào)查范圍，全面調(diào)查當前森林資源的具體情況，為林業(yè)資源的科學管控提供支持。

1.2 在伐區(qū)調(diào)查中的應(yīng)用

伐區(qū)調(diào)查是林業(yè)調(diào)查的重要組成部分，對林區(qū)林業(yè)建設(shè)具有重要作用。伐區(qū)調(diào)查具有調(diào)查種類多、調(diào)查規(guī)模大的特點，傳統(tǒng)的伐區(qū)調(diào)查工作效率低、誤差較大，勾圖全憑人工判斷，技術(shù)人員素質(zhì)的高低直接影響勾圖的精度，不同技術(shù)人員的勾圖存在較大差異。另外，伐區(qū)調(diào)查作業(yè)面積相對較大，難以進行一次測量，影響測量精度。利用無人機技術(shù)開展伐區(qū)調(diào)查工作可有效解決上述問題，可以預(yù)先做好飛行方案，甚至可搭載RTK定位系統(tǒng)，利用無人機切斜攝影技術(shù)完成伐區(qū)整體調(diào)查，以獲得清晰立體的正射影像地圖，最大限度提高面積調(diào)查精度及伐區(qū)調(diào)查效率[1]。此外，通過無人機可以有效監(jiān)控伐區(qū)具體情況，為下一步林木培育與林木種植等提供支持。

1.3 在火災(zāi)監(jiān)測、滅火救援中的應(yīng)用

在火災(zāi)監(jiān)測和滅火救援過程中，應(yīng)用無人機具有較大的優(yōu)勢。無人機日常維護簡便，不需要相應(yīng)的起落機場，在危險的火災(zāi)現(xiàn)場能夠及時勘察和運輸，同時不需要駕駛?cè)藛T，技術(shù)人員遠程操控就能完成相關(guān)任務(wù)，在多種復雜地形現(xiàn)場能夠高效使用。無人機在火災(zāi)現(xiàn)場能夠大面積巡查，在惡劣環(huán)境和復雜地形現(xiàn)場替代消防人員，減少人員傷亡。無人機具有良好的機動性和實效性，能夠動態(tài)跟蹤消防滅火救援現(xiàn)場關(guān)鍵位置，監(jiān)控重點區(qū)域。工作人員可以利用無人機及時準確地投放救援設(shè)備設(shè)施，幫助消防人員高效開展滅火救援工作；同時工作人員可以借助無人機快速分析火災(zāi)現(xiàn)場實際狀況，將相關(guān)信息反饋到終端指揮電腦，便于指揮人員制定有效的滅火救援措施，提高工作效率。

當前，我國部分林場已經(jīng)開始著手建立無人機火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)，用于日常森林防火巡護、滅火救援等工作，提升森林防火效果。在實際的森林防火和火災(zāi)監(jiān)測過程中，工作人員利用無人機技術(shù)能夠完成快速定位火點、快速確定火勢火情、探測防火路徑等多項任務(wù)。①快速定位火點。一旦發(fā)生森林火災(zāi)，可以利用無人機以及紅外遙感搭載系統(tǒng)完成森林巡查，利用紅外熱感應(yīng)原理鎖定森林火災(zāi)位置，并通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)完成對火災(zāi)地理位置的計算和確定[2]。②快速確定火勢火情。傳統(tǒng)人工火險分析的危險系數(shù)極高，而利用無人機可以在火場上空完成火災(zāi)面積分析、火情爆發(fā)速度分析、火場主體范圍數(shù)據(jù)參數(shù)分析等工作，并通過通信端的通信模塊快速回傳森林防火信息。③探測防火路徑。森林火災(zāi)蔓延速度快，火情瞬息萬變，指揮人員利用無人機傳回的實時信息，可以科學規(guī)劃救援方案，設(shè)計最佳的滅火救援路線，及時調(diào)整滅火救援車輛。

1.4 在病蟲害監(jiān)測中的應(yīng)用

在林業(yè)調(diào)查過程中，可以利用無人機對病蟲害進行有效監(jiān)測，實現(xiàn)對林區(qū)的有效保護。在當前林業(yè)病蟲害調(diào)查過程中，主要利用無人機光譜感應(yīng)技術(shù)實現(xiàn)病蟲害監(jiān)測。光譜感應(yīng)技術(shù)主要利用樹木的葉片和樹干顏色變化實現(xiàn)對樹木病蟲害發(fā)生情況的監(jiān)測，確保病蟲害調(diào)查更加合理。無人機調(diào)查過程中，主要完成測區(qū)地形調(diào)查、航線規(guī)劃、數(shù)據(jù)預(yù)處理、精度檢測等多項工作，獲取多光譜正射影像、專題地圖、變色立木矢量點、變色立木屬性表與監(jiān)測成果報告，最大限度保證病蟲害調(diào)查效果。

1.5 在林業(yè)資源、生態(tài)濕地資源監(jiān)測中的應(yīng)用

地表植被覆蓋率是判定林區(qū)植被分布和自然生態(tài)環(huán)境的重要指標。我國一般采用衛(wèi)星遙感和人工采集的方式全面調(diào)查和統(tǒng)計植被覆蓋率，但是衛(wèi)星遙感技術(shù)在實際應(yīng)用過程中成本高、精度低，人工采集的工作質(zhì)量和效率難以有效保障。無人機具有較強的靈活性，能夠根據(jù)不同需求，針對性地設(shè)計飛行航線、高度和區(qū)域等，突破了傳統(tǒng)采集方式的局限性，提高了數(shù)據(jù)采集效率，增強了監(jiān)測的精準性?，F(xiàn)階段，我國在部分珍貴林木覆蓋率的調(diào)查研究工作中應(yīng)用無人機技術(shù)，積累了大量實踐經(jīng)驗，充分表明利用無人機能夠有效獲取林地面積、辨別樹種、明確樹齡、計算林地密度等，數(shù)據(jù)的分辨率和時效性均較高，不僅大大降低了工作成本，還有效提升了工作質(zhì)量和林業(yè)調(diào)查技術(shù)水平[3]。

濕地是我國較少的一種地形，加大濕地資源保護力度是維護自然生態(tài)平衡的重要措施之一。在濕地資源調(diào)查中，采用無人機技術(shù)能夠充分發(fā)揮遙感測繪技術(shù)的優(yōu)勢，高效精準地計算濕地植被的面積比例，跨區(qū)域生成對應(yīng)圖像，在無人干預(yù)的基礎(chǔ)上生成個性化濕地資源保護方案[4]。近些年，無人機的應(yīng)用范圍不斷擴大，選配功能不同的傳感器能夠有效增強采集結(jié)果和預(yù)期研究內(nèi)容的符合度，保證采集精度和質(zhì)量。

2 無人機在林業(yè)調(diào)查中的操作實例

2.1 案例分析

廣西壯族自治區(qū)國有黃冕林場2020年完成伐區(qū)調(diào)查3 266.67 hm2，設(shè)計出材43.3萬m3，占年度計劃的108%。這是該林場歷年來伐區(qū)調(diào)查面積最大、設(shè)計出材最多、完成速度最快的一年。2020年，國有黃冕林場逆勢而上，倒排工期，落實責任，創(chuàng)新技術(shù)，超前完成年度伐區(qū)調(diào)查任務(wù)?，F(xiàn)將其工作措施總結(jié)如下。一是周密部署，掛圖作戰(zhàn)。細化年度目標任務(wù)，分解落實到季到月，制圖造表上墻，確定每周完成量。二是責任到人，目標考核。將任務(wù)具體落實到人，制定每周定期通報制度，營造“比學趕超”的氛圍，有力推動工作落實。三是人機結(jié)合，全面推進。在調(diào)查工作中大量使用無人機、測高儀等先進設(shè)備，最大限度地提高勾圖和測量的精度和效率。

2.2 無人機操作要點

一是合理選擇無人機類型。選擇大疆Phantom 4 RTK無人機，機身預(yù)裝機載D-RTK，配合網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)或DJI D-RTK 2高精度GNSS移動站，可實現(xiàn)厘米級定位，實現(xiàn)更為精準的測繪作業(yè)；機身前部、后部及底部的視覺系統(tǒng)與兩側(cè)的紅外感知系統(tǒng)，可提供多方位視覺定位及障礙物感知；云臺相機可穩(wěn)定拍攝4K超高清視頻與2 000萬像素照片。二是合理選擇飛行環(huán)境。無人機應(yīng)用易受天氣影響，宜選擇天氣晴朗、風力較?。L速5級以下）的時段進行作業(yè)，并選擇地形開闊、周圍無高大建筑物的場所作為飛行場地。不在有高壓線、通信基站或發(fā)射塔等區(qū)域飛行，并將無人機控制在視線內(nèi)，遠離障礙物、人群、水面等。三是合理設(shè)置無人機運行參數(shù)，即最大飛行高度500 m、最大起飛速度15 m/s、最大水平飛行速度15 m/s、航向重疊率80%、旁向重疊率70%、最大返航高度500 m、低電量警報。