無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用價(jià)值研究

李雪松

（云南省大理白族自治州森林和草原資源管理總站，云南 大理 671000）

森林資源調(diào)查工作具有一定的復(fù)雜性和專業(yè)性，在對(duì)森林資源進(jìn)行調(diào)查的過程中，要借助比較專業(yè)的技術(shù)手段進(jìn)行，有效地了解森林資源的范圍、實(shí)際狀況與生物的多樣性等。掌握森林資源的實(shí)際狀況，對(duì)森林資源的管理與維護(hù)提供有效支持，以此達(dá)到森林資源保護(hù)的目的。當(dāng)前，伴隨無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，森林資源調(diào)查工作取得良好成效，對(duì)以往的森林資源調(diào)查方法進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于自然生態(tài)的建設(shè)發(fā)展有重要意義，以此推動(dòng)社會(huì)的總體發(fā)展。

1.森林資源調(diào)查和意義

1.1 森林資源調(diào)查

森林資源調(diào)查工作主要對(duì)森林面積、森林積蓄、樹木的種類與生長環(huán)境和實(shí)際狀況進(jìn)行調(diào)查，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)森林資源的發(fā)展方案，以此推動(dòng)森林資源的長遠(yuǎn)發(fā)展，維護(hù)自然生態(tài)的平衡。當(dāng)前，森林資源的調(diào)查工作主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：首先，相關(guān)部門借助對(duì)森林資源的調(diào)查，能夠有效了解林地樹木的種類、數(shù)量和生長狀況等，立足于林區(qū)的具體狀況，對(duì)森林資源的發(fā)展進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，以此對(duì)森林資源進(jìn)行有效維護(hù)，提高森林資源的利用率。其次，進(jìn)行區(qū)域劃分，立足于森林資源原有的區(qū)域線，可以對(duì)林區(qū)進(jìn)行科學(xué)劃分，對(duì)森林資源進(jìn)行有效保護(hù)。再次，立足于林木的種類進(jìn)行規(guī)劃，細(xì)分為各個(gè)小的區(qū)域，確定林地之間的權(quán)屬關(guān)系，科學(xué)管控森林資源的種類，以此維護(hù)森林資源的生物多樣性。最后，對(duì)森林資源樹木種類的生長周期進(jìn)行調(diào)查分析，結(jié)合樹木生長周期的相關(guān)數(shù)據(jù)信息對(duì)森林資源進(jìn)行科學(xué)管理，有效地利用森林資源，以此維護(hù)森林資源的長遠(yuǎn)發(fā)展。

1.2 森林資源調(diào)查意義

森林資源調(diào)查工作對(duì)于林區(qū)的長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要意義。相關(guān)的工作人員借助森林資源調(diào)查，可以有效掌握森林資源的實(shí)際狀況，為林區(qū)的良好發(fā)展創(chuàng)造條件，結(jié)合森林調(diào)查的相關(guān)數(shù)據(jù)，工作人員可以設(shè)計(jì)有效的方案推動(dòng)森林資源的良好發(fā)展，對(duì)森林資源進(jìn)行科學(xué)維護(hù)。森林資源調(diào)查工作為林區(qū)管理部門履行相關(guān)的工作職責(zé)提供支撐，為生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)考查評(píng)價(jià)提供了科學(xué)支撐，實(shí)現(xiàn)對(duì)森林資源的科學(xué)管理，對(duì)于自然生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。

2.無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用策略

2.1 航測(cè)設(shè)計(jì)

在運(yùn)用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)之前，相關(guān)的工作人員要做好準(zhǔn)確工作，對(duì)無人機(jī)的平穩(wěn)飛行提供保障。首先，相關(guān)的工作人員要對(duì)無人機(jī)的起落地區(qū)的實(shí)際狀況進(jìn)行檢查，保障無人機(jī)在無障礙的環(huán)境中運(yùn)行，明確實(shí)際的降落點(diǎn)。其次，相關(guān)的工作人員需要對(duì)航測(cè)的天氣狀況進(jìn)行調(diào)查，盡管無人機(jī)航測(cè)可以在比較惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，為了保障航測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，提升分辨率，需要在比較好的天氣條件下進(jìn)行。與此同時(shí)，需要對(duì)無人機(jī)航測(cè)相關(guān)的影響進(jìn)行改正，立足于有關(guān)軟件和三維技術(shù)可以對(duì)無人機(jī)影像形成的位置、網(wǎng)格和云數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析，創(chuàng)設(shè)新的模型，以此有效地突顯調(diào)查的目的性。此外，相關(guān)工作人員需要根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)航測(cè)路線與區(qū)域進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，以此實(shí)現(xiàn)無人機(jī)調(diào)查的高效性。在完成無人機(jī)航測(cè)之后，工作人員需要對(duì)有關(guān)的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，對(duì)影像數(shù)據(jù)、圖片等的清晰度與飽和度提供支撐。

2.2 樹高信息

無人機(jī)航測(cè)技術(shù)主要借助數(shù)字地表模型之中的DEM模塊創(chuàng)設(shè)三角網(wǎng)模型，以此立足于三維點(diǎn)數(shù)據(jù)利用最大領(lǐng)域非對(duì)樹頂?shù)奈恢门c高度進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，確定樹冠的最高點(diǎn)，然而，這個(gè)數(shù)據(jù)沒有進(jìn)行精確化處理，可以明確模型的最高限定條件，相關(guān)的工作人員需要對(duì)冠面坡度，最大曲率和最小曲率等因素進(jìn)行深入研究。立足于無人機(jī)航測(cè)獲取的影像，明確樹木的特點(diǎn)和相關(guān)的坐標(biāo)信息，結(jié)合GPS獲取的坐標(biāo)信息，對(duì)一定范圍之內(nèi)的樹高進(jìn)行檢測(cè)。相關(guān)的工作人員借助精度計(jì)算公式能夠獲取地區(qū)之中樹高的最高和最低的精度，在此基礎(chǔ)上，在利用無人機(jī)對(duì)樹干的高度進(jìn)行計(jì)算，以此獲取相關(guān)的誤差，對(duì)樹高的精準(zhǔn)性提供保障。

2.3 冠幅信息

樹木的冠幅可以利用無人機(jī)偵測(cè)森林資源的調(diào)查影像清晰的展示出來。在調(diào)查影像之中，可以了解樹木的低郁閉度狀況，獲取高郁閉度樹冠可以借助片狀的方式展現(xiàn)出來，其他相關(guān)信息提取的效果不是很理想，然而，低郁閉度的樹冠分布散開，邊緣比較清楚，數(shù)據(jù)的質(zhì)量比較好。所以，對(duì)樹木冠幅信息進(jìn)行提取主要針對(duì)高郁閉度進(jìn)行調(diào)查分析，調(diào)查的方法主要有效以下幾個(gè)方面：

首先，借助地形分割選取類似的偵測(cè)方式，立足于目標(biāo)物最優(yōu)分割的成效，借助無人機(jī)航測(cè)的反復(fù)調(diào)查明確分割參數(shù)信息。這樣的方法需要對(duì)樹冠分割規(guī)則的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要有光譜、紋理和空間等。光譜主要借助影像波段對(duì)樹冠的屬性進(jìn)行計(jì)算。紋理主要借助紋理大小的設(shè)置對(duì)影像波段進(jìn)行分析，能夠利用有關(guān)的屬性值對(duì)紋理中心像元進(jìn)行替換。空間主要是對(duì)三維形狀和面積周長等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。這樣的方式能夠把樹冠信息有效的分割出來，存在一定的粘連狀況。然而，影像本身拍攝的陰影會(huì)對(duì)分割有一定的影響，如果分割效果比較差，對(duì)于樹冠信息的影響比較大，通常在光照狀況比較好，樹冠密集性適宜的狀況下進(jìn)行。

其次，借助手工勾畫樹冠提取的邊緣，工作人員可以對(duì)無人機(jī)獲取的影像進(jìn)行編輯處理，在圖層之中將樹冠的外部輪廓畫出來，計(jì)算獲取樹冠的參數(shù)信息。相比來說，人工獲取樹冠信息的方式要優(yōu)于分割的方式，防止陰影對(duì)分割造成不良影響，對(duì)樹冠信息的全面性提供保障，然而，人工勾畫會(huì)加大工作人員的任務(wù)量。人工勾畫的方法主要針對(duì)郁閉度高、林木密集粘連的地區(qū)。

最后，借助分割與人工勾畫融合的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析提取的方法，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)持續(xù)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，加上圖像分割與人工勾畫獲取的圖像給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供支撐，進(jìn)而對(duì)調(diào)查影像進(jìn)行精度研究。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是精確性與分析性比較高，能夠根據(jù)不同影像的冠幅值進(jìn)行計(jì)算，利用圖像分割與手工勾畫的方式，獲取比較精準(zhǔn)的冠幅信息。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)耗費(fèi)的時(shí)間比較長，針對(duì)大面積的區(qū)域的調(diào)查工作，難以實(shí)現(xiàn)高效性。

2.4 地類信息

利用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)對(duì)森林資源地類信息進(jìn)行調(diào)查，主要在地類分類與像元特征的前提下獲取信息。利用有關(guān)軟件可以獲取影像中不同地質(zhì)的信息。地類信息調(diào)查可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，最大似然和最小距離的方式進(jìn)行處理。地類信息獲取相比較森林提取，實(shí)際的劃分效果比較差，特別針對(duì)林地與耕地的劃分，地類分析存在混亂的狀況，主要原因在反射率數(shù)值比較近，分離性比較低。針對(duì)這樣的狀況，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)需要利用自身高分辨率影像的特點(diǎn)，有效劃分空間，光譜和紋理等信息，獲取精準(zhǔn)度比較高的矢量結(jié)果。相關(guān)的工作人員可以根據(jù)以往的區(qū)域分割標(biāo)準(zhǔn)，在無人機(jī)航測(cè)線路之中，對(duì)于那些比較容易出現(xiàn)誤差的區(qū)域，可以利用無人機(jī)進(jìn)行反復(fù)調(diào)查，明確差異的大小，以此保證地類信息分割的精準(zhǔn)性?；蛘呃媒ㄔO(shè)地類樣本庫的方法，給森林資源的樣本標(biāo)注編號(hào)，比如林地11、耕地5，道路7和水體3這樣的樣本，然后，把無人機(jī)拍攝的影像與地類樣本庫進(jìn)行配置，有效地減少分類混亂問題，以此對(duì)分離性與地類邊界的精準(zhǔn)性提供保障。

2.5 單木信息

單獨(dú)樹木信息對(duì)于森林資源樣地的發(fā)展?fàn)顩r評(píng)價(jià)有重要意義，利用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在對(duì)森林資源進(jìn)行調(diào)查工作中，比較重視系統(tǒng)全面的探測(cè)，利用信息的反復(fù)分析與整理，獲取精準(zhǔn)性比較高的數(shù)據(jù)信息，對(duì)森林資源的狀況進(jìn)行判斷。然而，針對(duì)單個(gè)的樹木或者地質(zhì)調(diào)查比較少，首先，人工比較容易調(diào)查單個(gè)樹木的信息，具有一定的針對(duì)性。其次，無人機(jī)類型具有一定的局限性，固定翼無人機(jī)很難對(duì)單獨(dú)樹木進(jìn)行有效調(diào)查，要利用旋翼無人機(jī)進(jìn)行調(diào)查。對(duì)于單獨(dú)樹木信息的調(diào)查在無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的支撐下，可以讓林業(yè)工作人員更加全面，精準(zhǔn)的掌握樹木的狀況，同時(shí)，對(duì)多個(gè)單獨(dú)樹木的調(diào)查具有高效性，對(duì)于樹冠信息的調(diào)查可以借助相關(guān)軟件選取測(cè)算點(diǎn)，將樹冠劃分成多個(gè)層級(jí)，結(jié)合不同層次的高度，投影面積，冠幅和樹冠直徑，對(duì)樹冠的信息進(jìn)行有效計(jì)算。劃分層次樹量與樹木種類具有一定的相關(guān)性，比如對(duì)于闊葉類樹木需要規(guī)劃成5-6個(gè)層級(jí)，以此對(duì)計(jì)算的準(zhǔn)確性提供保障。

2.6 在林木調(diào)查規(guī)范中應(yīng)用

在以往的林業(yè)資源調(diào)查工作中，需要對(duì)林地種類，樹種和蓄積量進(jìn)行限制，針對(duì)營造林的核查需要進(jìn)行調(diào)查，要立足于以人為本的原則，同時(shí)，需要讓相關(guān)的工作人員進(jìn)行實(shí)地考察。無人機(jī)遙感技術(shù)能夠借助搭載高光譜成像儀的方式，對(duì)相關(guān)區(qū)域進(jìn)行科學(xué)調(diào)查，以此獲取相關(guān)的遙感影像信息，為林地資源管理工作提供強(qiáng)有力的支持。相關(guān)的工作人員借助微型無人機(jī)搭載激光雷達(dá)平臺(tái)以及比較小型的定位傳感器，對(duì)林地的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行科學(xué)檢測(cè)。立足于無人機(jī)航拍影像，與有關(guān)的地理信息系統(tǒng)進(jìn)行整合，創(chuàng)設(shè)新型的林業(yè)資源調(diào)查系統(tǒng)，以此高效精準(zhǔn)地獲取航拍影像信息，以此促進(jìn)林業(yè)資源調(diào)查工作的智能化和信息化發(fā)展。

2.7 能夠提取林地生物量信息

無人機(jī)遙感技術(shù)與森林資源調(diào)查工作相結(jié)合，可以利用拍攝的樹冠遙感影像，對(duì)整個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)的林地生物量信息進(jìn)行計(jì)算。相關(guān)的工作人員借助無人機(jī)遙感技術(shù)采集的高分辨率影像，對(duì)森林中的單木生物量進(jìn)行評(píng)估，利用對(duì)象分類法，以此根據(jù)遙感圖像明確單木樹冠的面積。相關(guān)的工作人員立足于實(shí)際測(cè)量的胸徑構(gòu)建樹冠面積和胸徑模型，利用胸徑、樹干生物量的經(jīng)驗(yàn)方程與樹干面積，對(duì)樹干的生物量進(jìn)行評(píng)估，是借助無人機(jī)遙測(cè)信息估算森林生物量的體現(xiàn)。以往的衛(wèi)星影像能夠?qū)Υ竺娣e的森林生物量信息進(jìn)行估算，然而，因?yàn)橛跋穹直媛什桓?，使得估算的?shù)據(jù)信息缺乏精準(zhǔn)性，借助無人機(jī)航測(cè)技術(shù)對(duì)森林的生物量進(jìn)行估算，能夠利用影像信息提升分辨率，有效地展示出目標(biāo)地區(qū)的森林生物量狀況。

2.8 能夠監(jiān)測(cè)林地病蟲害

雖然，當(dāng)前我國森林資源的規(guī)模不斷擴(kuò)大，然而，實(shí)際工作中，我國森林資源身體系統(tǒng)比較單薄，病蟲害問題對(duì)于樹木的良好生長具有不利影響，因此，相關(guān)林業(yè)部門需要重視對(duì)森林病蟲害問題的預(yù)防和監(jiān)管。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)與森林病蟲害監(jiān)測(cè)工作相結(jié)合，可以對(duì)大面積的森林進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提升病蟲害管理工作的高效性，可以借助可見光相機(jī)等設(shè)備，科學(xué)高效的監(jiān)測(cè)與預(yù)防對(duì)目標(biāo)區(qū)域的松線蟲或者其他病蟲害問題。比如說，相關(guān)的工作人員可以利用多波段成像傳感器的低空多旋翼無人飛行器，有效地分析調(diào)查柑橘黃龍病蟲害問題，借助分析530-900nm波段的數(shù)據(jù)和植被指數(shù)數(shù)據(jù)信息，可以精準(zhǔn)地分辨判斷樹木的黃龍病，在識(shí)別出具體地防病蟲害之后，相關(guān)的工作人員可以在無人機(jī)上搭載相應(yīng)的農(nóng)藥噴霧器，對(duì)樹木的病蟲害問題進(jìn)行治理。

2.9 能夠進(jìn)行森林消防監(jiān)測(cè)

森林火災(zāi)是一種危害性比較大的問題，對(duì)于人們的正常生活具有不良影響，甚至對(duì)人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅，在以往的森林資源管理工作實(shí)際中，實(shí)際森林火災(zāi)預(yù)防工作比較困難，火災(zāi)救援工作很難有效進(jìn)行，所以，森林火災(zāi)相比較自然災(zāi)害來說，森林火災(zāi)對(duì)于森林資源的損害比較大，林業(yè)部門要加強(qiáng)森林火災(zāi)的預(yù)防，重視森林消防監(jiān)測(cè)工作。相關(guān)工作人員在對(duì)森林資源消防監(jiān)測(cè)工作之中，可以借助無人機(jī)的便利性特點(diǎn)，對(duì)森林中的用火區(qū)域進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)問題，可以及時(shí)地反應(yīng)給有關(guān)部門，借助一定應(yīng)急策略進(jìn)行處理，有效地把握森林火災(zāi)的發(fā)展趨勢(shì)。一般情況下，森林防火無人機(jī)主要以飛行器為支撐，搭載紅外成像儀器或者其他相關(guān)的設(shè)備，能夠?qū)χ匾纳钟没饏^(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，此外，這樣的方式能夠?qū)α值噩F(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況進(jìn)行分析，對(duì)于森林資源的科學(xué)管理與維護(hù)具有重要意義，以此為生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

3.結(jié)束語

總而言之，當(dāng)前，我國的科學(xué)技術(shù)發(fā)展進(jìn)入新的歷史時(shí)期，在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛滲透。將無人機(jī)航測(cè)技術(shù)與森林資源調(diào)查工作相結(jié)合，先進(jìn)的森林資源調(diào)查技術(shù)可以節(jié)省工作時(shí)間，實(shí)現(xiàn)調(diào)查工作的高效性，是對(duì)以往森林資源調(diào)查工作的優(yōu)化，有效地彌補(bǔ)了以往調(diào)查工作任務(wù)量比較中，消耗時(shí)間長和調(diào)查誤差等問題，對(duì)于森林資源的現(xiàn)代化建設(shè)具有重要意義。林業(yè)部門利用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠提升森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，對(duì)森林資源進(jìn)行科學(xué)管理，促進(jìn)森林資源的可持續(xù)發(fā)展，以此為生態(tài)系統(tǒng)的平衡發(fā)展奠定基礎(chǔ)。