鐘夢驊
(廣西壯族自治區(qū)國有雅長林場,廣西 百色 533000)
無人機的使用,對林業(yè)管理工作具有重要意義,同時也是智慧林業(yè)建設(shè)的重要組成部分,通過無人機控制可以對林區(qū)情況實時監(jiān)測,加大信號傳輸距離,實現(xiàn)林區(qū)“云監(jiān)控”,極大地提高巡山效率,將“傳統(tǒng)人防”向“智能技防”轉(zhuǎn)變。從這一層面來講,無人機技術(shù)的使用,可以降低林區(qū)火災風險,精準監(jiān)控林區(qū)情況,基于此,筆者以廣西壯族自治區(qū)為例,分析無人機在該地區(qū)的應用價值,給出無人機在林業(yè)管理中的具體應用,為其他部門和相關(guān)技術(shù)人員提供可參考性建議。
林業(yè)管理從本質(zhì)上講,也可以稱之為森林資源管理或者林業(yè)資源管理,是林業(yè)工作的核心內(nèi)容之一。在信息化技術(shù)的加持下,利用高科技手段可以提升森林資源管理水平,在森林防火防災、巡防監(jiān)視、面積核查、資源調(diào)查、分類歸類、病蟲害監(jiān)測、林業(yè)執(zhí)法等方面具有極高的應用價值。如今林業(yè)建設(shè)是生態(tài)文明建設(shè)的重中之重,已經(jīng)上升為國家發(fā)展戰(zhàn)略高度,在建設(shè)美麗中國背景下,森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,通過高效、科學的資源管理方法,可以促進生態(tài)綠色發(fā)展。
無人機也被稱為“無人駕駛飛機”,也是無人駕駛飛行器的統(tǒng)稱。利用無線電遙控設(shè)備,在自備程序的控制下,實現(xiàn)“不載人飛行”,主要分為“無人固定機”“無人直升機”“無人多旋翼飛行器”等,都是無人機的類別之一。主要應用在電力巡檢、物流運輸、農(nóng)林植保等多個行業(yè),具體市場應用結(jié)構(gòu)如下:
筆者以廣西地區(qū)農(nóng)林植保無人機使用為例,該地區(qū)林地面積幅員遼闊,并且其獨特的地形特點直接導致森林資源復雜多樣,因此,在林業(yè)管理和森林調(diào)查工作中,利用無人機進行監(jiān)測已經(jīng)成為常態(tài)化工作手段之一,林用無人機與其他類型無人機相比,具有多任務(wù)載荷功能,可以適應復雜多變的森林資源條件,在極端惡劣天氣,也可以保障任務(wù)執(zhí)行的連續(xù)性,即使在大風天、火場、雨雪天、夜晚也可以對地理位置坐標進行準確定位,滿足林業(yè)管理的基本要求。其具體的應用方向主要體現(xiàn)在輔助森林執(zhí)法、森林資源監(jiān)測調(diào)查、病蟲害防治、火源檢測、日常巡防這五個方面,無人機技術(shù)與人為巡檢技術(shù)相比,具有高清成像、低空承載、云臺承載、紅外成像等得天獨厚的優(yōu)勢。
2.2.1 可以對森林資源進行動態(tài)監(jiān)測
通過無人機技術(shù)的基本概念,我們可以得知,該種技術(shù)的使用,可以提升林業(yè)信息資源獲取的實效性,通過動態(tài)化的監(jiān)測,反映森林資源情況的真實性,比如對現(xiàn)階段森林狀態(tài)和植被立地覆蓋情況進行調(diào)查,通過無人機技術(shù)的操作,提高工作實效性和調(diào)查準確性,利用遙感成像速度快、高清、便捷化優(yōu)勢,直接性反應不同植被的分布規(guī)律。也可以將無人機技術(shù)和激光雷達技術(shù)相結(jié)合,進一步提升森林資源監(jiān)測效率,提高工作質(zhì)量,尤其在森林資源調(diào)查過程中,如果通過傳統(tǒng)人為方式,很難獲取所有林分因子情況,森林資源調(diào)查不夠充分,而利用無人機技術(shù)避免傳統(tǒng)工作方式的耗時耗力,可以快速對林分因子進行及時掌握,做好森林蓄積調(diào)查,客觀掌握林分分布情況,掌握植被分布規(guī)律。結(jié)合遙感技術(shù),分析波譜比值和植被蓄積之間的關(guān)系,最終形成數(shù)字影像,便于森林管理者和林業(yè)部門對林區(qū)內(nèi)基本情況進行分析,為下一步工作提供保障。
2.2.2 提高森林防災減災水平
森林災害主要分為火災、地震災害等多種自然災害,并且森林火災具有突發(fā)性強、危險性高、輻射面積廣泛、破壞性巨大等特點,是最為嚴重的自然災害之一,為我國林業(yè)建設(shè)造成難以估量的損失,不利于國家森林資源建設(shè)和綠色生態(tài)發(fā)展,甚至引發(fā)生態(tài)災難和社會危機。各地每年投入大量的人力、財力防治森林火災火勢,獲得良好成效,但是也應該認識到,森林防火工作難以得到全面的遏制,因此利用無人機技術(shù),結(jié)合遙感手段,可以對森林防火進行準確監(jiān)測,通過早發(fā)現(xiàn)、早撲救對林區(qū)實施快速巡查、檢測,將“有災變?yōu)闊o災”,將“大災變?yōu)樾摹?。同時營林技術(shù)人員也可以結(jié)合可見光熱紅外視頻監(jiān)測系統(tǒng),對林區(qū)的火情火勢進行精準反映,幫助相關(guān)部門和撲救人員及時趕到火場進行撲救,并且該種無人機技術(shù)具有成本較低、低空監(jiān)測、機動快速、操作便捷的優(yōu)勢,通過云臺載重,有效防止火情蔓延,便于低空滅火工作的順利實施。
2.2.3 及時有效防止森林病蟲害
森林病蟲害防治工作是林業(yè)資源管理的重要組成部分。廣西地區(qū)由于氣候溫暖潮濕,地處亞熱帶季風氣候區(qū),雨熱同期的環(huán)境條件為病蟲害的滋生和蔓延提供場所,每年病蟲害發(fā)生都會給當?shù)卦斐刹豢晒懒康慕?jīng)濟損失。因此為了控制病蟲害發(fā)生率,防止其蔓延和擴散,加大對林業(yè)生態(tài)環(huán)境的保護力度,各級地區(qū)和部門采用信息技術(shù)防治措施,對森林資源進行全方位的監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)有害生物,提早治療,比如利用無人機技術(shù),將綠色植保技術(shù)相結(jié)合,通過無人機噴藥、無人機巡邏,實現(xiàn)災蟲防治監(jiān)測效果,有助于提升森林生長質(zhì)量。其中相關(guān)營林技術(shù)人員應該注意到,無人機技術(shù)和傳統(tǒng)3S技術(shù)具有一定差異性,遙感技術(shù)、定位技術(shù)和測繪技術(shù),具有一定單一性和固定性,如果利用無人機技術(shù)操作,可以動態(tài)化地掌握害蟲情況,將有害植株的莖葉、枝干等發(fā)病部位進行放大拍攝,幫助營林技術(shù)人員更好地掌握病蟲害發(fā)病情況,獲得更為真實可靠的結(jié)論,從而降低病蟲害不良影響,避免傳統(tǒng)工作方式中工作人員親自深入林區(qū)進行調(diào)查取樣,直接通過航拍工作完成監(jiān)測任務(wù),加大工作實效性。尤其在地勢險峻區(qū)域,通信訊號較差區(qū)域和植被覆蓋面積較大區(qū)域,營林技術(shù)人員難以深入監(jiān)測其病蟲害情況,無人機技術(shù)在精準掌握其發(fā)病規(guī)律的基礎(chǔ)上,利用旋翼無人機可以使得綠色植保藥物更好地穿過森林層次,實現(xiàn)大范圍、大面積的噴灑,提升藥物傳播時效性,避免工作人員和藥物直接接觸,在節(jié)約生物藥劑和水資源的情況下,可以確保森林技術(shù)工作者的身心健康。
2.2.4 有利于加大森林生物保護
野生動物是森林資源的重要組成部分,不僅事關(guān)大自然的生態(tài)平衡,也對林業(yè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義,在傳統(tǒng)的監(jiān)測方法下,技術(shù)人員一般利用樣帶樣方圖算法和人工直接計數(shù)法,對野生動物的數(shù)量進行測算,掌握野生動物的種類和分布規(guī)律,但是人工成本、經(jīng)濟成本較高,并且準確率較低,難以達到森林深處,一旦操作不當,將會導致野生動物對監(jiān)測人員的傷害,加大對野生動物群的干擾。而利用無人機技術(shù)經(jīng)濟成本較低,工作實效性強,準確度高,可以避免野生動物對人類的傷害,利用無線操作,可以深入森林野生動物保護區(qū),對動物活動進行實時監(jiān)測,尤其是大型野生動物的分布規(guī)律和數(shù)量,運用熱成像監(jiān)測設(shè)備,結(jié)合無人機技術(shù),可以對國家級自然保護區(qū)動物進行監(jiān)測,最終總結(jié)出具體數(shù)據(jù),對森林生物量進行估計,獲取高分辨率影像。
2.2.5 有利于對森林資源郁閉度的估測
在廣西地區(qū),林業(yè)保護區(qū)多數(shù)是闊葉林和喬木林。在計算樹干遮蔽地面的程度時,營林技術(shù)人員可以利用樣線樣點法、目測法等多種手段,計算其森林郁閉度,以R圍郁閉度測定,工作誤差較大。利用無人機技術(shù)將遙感技術(shù)相結(jié)合,可以準確評估森林郁閉度信息,該種技術(shù)影像分辨率較高,精度可以高達90%以上,基本符合實地目測結(jié)果。其次,利用無人機技術(shù),可以精準統(tǒng)計該林區(qū)內(nèi)林木死亡株數(shù)和總株數(shù),通過影像分析得出保存率和成活率,大力提高了營林工作質(zhì)量和效率,降低技術(shù)人員的工作強度和壓力,與傳統(tǒng)工作方法相比,營林核查成效更加明顯,為后續(xù)林業(yè)執(zhí)法管理提供基礎(chǔ),合理規(guī)避毀林開荒、濫砍濫伐、違法征地等行為,利用無人機技術(shù)可以對森林資源現(xiàn)場進行及時調(diào)查取證,滿足實時監(jiān)控的要求,加強林業(yè)執(zhí)法管理精準性和實效性,真正實現(xiàn)智慧理念和現(xiàn)代理念。
為了分析無人機技術(shù)在林業(yè)管理工作中的具體應用,筆者以廣西地區(qū)為例,對該地區(qū)的闊葉林、針葉林和竹林進行分類識別,其中無人機主要利用藍、綠、紅三種波段光譜信息,對森林資源情況生成數(shù)字正射影像圖,通過預處理得出數(shù)字表面模型,以此來監(jiān)測森林資源生長情況、林分類型、林間郁閉度、病蟲害情況、森林消防效果。具體應用措施如下:
廣西地區(qū)森林面積廣闊,營林技術(shù)人員和調(diào)查工作者需要深入林區(qū)開展外業(yè)工作,通過新設(shè)備、新技術(shù)的支持,結(jié)合視頻監(jiān)控、衛(wèi)星遙感等手段,有助于林業(yè)森林資源管理成效的提升。比如通過無人機技術(shù),仿佛為林業(yè)工作“插上翅膀”,將其作為資源管理工作中的“空中保護傘”,對林區(qū)內(nèi)野生動植物進行跟蹤,發(fā)揮無人機便捷性、飛行穩(wěn)定性、監(jiān)控精準性、平臺靈活性等得天獨厚的優(yōu)勢,為森林資源調(diào)查工作裝上“空中之眼”,準確獲取森林信息,節(jié)省人力、財力。該地區(qū)可以利用無人機LiDAR測量系統(tǒng),該系統(tǒng)主要由儲存控制系統(tǒng)、固定安裝支架和時間同步系統(tǒng)組成,工作原理為:無人機利用三維激光掃描儀,對森林情況進行主動探測,根據(jù)激光信號的反射,來確定調(diào)查目標的方位和散射回波距離,最終得出具體的三維測量信息,形成空間分布模型,該種測量系統(tǒng)不依賴自然光,與傳統(tǒng)方式相比不會受到雨雪天氣、太陽高度角等因素的影響,成像不會出現(xiàn)陰影,獲取數(shù)據(jù)更加方便快捷,測量精度可以達到1cm。并且該種技術(shù)的使用通過激光脈沖功能,可以對森林資源、樹枝、樹干、樹冠等多種高程工具進行測量,對植被的穿透性能較強,可以真實地反映被探測林區(qū)的真實地形,已經(jīng)成為森林資源調(diào)查的好幫手。
森林病蟲害防治工作就是指對病害和蟲害進行預防和根除,避免因為該種病蟲災害對林業(yè)資源的管護帶來損失,通過專項調(diào)查和全面檢查,精準掌握病蟲災害,利用無人機技術(shù)分析病蟲害危害情況和分布特點,開展野外巡查,比如廣西某林場利用無人機技術(shù),對林場2016-2020年病蟲害發(fā)生情況進行調(diào)查,得出以下數(shù)據(jù):
該林場利用快速機動的飛行能力,有效規(guī)避偵查人員的人力資源不足問題,以無人機技術(shù)代替人工勞力,搭載多光譜儀,可以在不同日光條件下,對調(diào)查數(shù)據(jù)進行精準反射,自動調(diào)整參數(shù),形成高質(zhì)量、多光譜圖像。以此分析某區(qū)域是否存在病蟲害威脅,有效加強林業(yè)害蟲監(jiān)測預警,提升防災減災水平。科學掌握林業(yè)生長信息,無人機根據(jù)地面站事先設(shè)定的飛行航線進行定期巡檢,對異常林分布、變色樹、枯死樹等情況進行綜合反饋,技術(shù)人員和林區(qū)管理者判斷森林健康狀況,制定精準化的病蟲害防控措施,也可以利用綠色植保技術(shù)進行農(nóng)藥噴灑,根據(jù)每次巡查情況,統(tǒng)一部署,科學治理,對病蟲害問題及早遏制,分析其發(fā)生規(guī)律,提高防治效果。同時,應該加強對無人機操作人員的培訓,提高其無人機應用的專業(yè)性和技術(shù)含量,最終發(fā)揮其在林業(yè)資源管理中的作用。
廣西地區(qū)利用無人機技術(shù),可以有效解決森林防火問題,比如:通過可見光高清相機和無人機云臺搭載紅外等技術(shù),進行排查和巡邏,形成一套視頻監(jiān)控系統(tǒng),打造陸空一體化森林防火體系,實時將林區(qū)的熱點、火場、輪廓、火點蔓延速度、火情火災面積、傳播趨勢等信息回傳到綜合性指揮中心,方便林業(yè)管理人員做出準確地判斷,分析火情狀況,尤其對“隱火”和“初發(fā)火”防范效果更為明顯。比如該地區(qū)可以利用無人機系統(tǒng)投放簡易、機動性好、應用簡便等優(yōu)勢,構(gòu)建防火預警系統(tǒng),通過無線支配。使得無人機可以全天候執(zhí)勤,自動跟蹤,實時回傳異常數(shù)據(jù),找出地面監(jiān)控系統(tǒng)可能出現(xiàn)的盲點,對火點進行精準定位,并且該云臺具有靈活性、穿透性強等特點,不會受地表溫度影響,成像較為清晰,在雨雪天氣、霧霾天氣等極端惡劣現(xiàn)象下,也可以對火情進行監(jiān)管,真正實現(xiàn)森林防火工作的數(shù)字化,避免野外架線。也可以將衛(wèi)星遙感技術(shù)和無人機技術(shù)相結(jié)合,對非法砍伐、非法征地工作進行調(diào)查取證,真正實現(xiàn)無人化空中巡檢,將數(shù)據(jù)實時傳輸回地面,將其作為依法辦案的有力證據(jù),第一時間鎖定違法行為,最大化維護森林資源安全,將發(fā)生違法行為的坐標發(fā)布給森林公安,使其快速響應和反饋,及時對違法行為進行警告和制止,通過高空喊話和定位跟蹤等技術(shù)為林業(yè)管理提供強有力的證據(jù)。
綜上所述,在信息化技術(shù)的加持下,利用高科技手段可以提升森林資源管理水平,在無人機技術(shù)的使用下,工作人員通過全天候執(zhí)勤、自動跟蹤、實時回傳異常數(shù)據(jù),對森林資源進行調(diào)查,真正實現(xiàn)森林防火工作的數(shù)字化,降低病蟲害爆發(fā)概率。因此在今后工作中,營林技術(shù)人員應該加大對該項技術(shù)的應用,科學掌握林業(yè)生長信息,提升工作效率和準確性。