煙臺(tái)市福山區(qū)松材線蟲病無人機(jī)普查經(jīng)驗(yàn)探討

孫 超，張緒慶

（1.煙臺(tái)市森林資源監(jiān)測保護(hù)服務(wù)中心，山東煙臺(tái) 264000；2.煙臺(tái)市福山區(qū)自然資源局，山東煙臺(tái) 265500）

松科植物是松材線蟲病高度易感染樹種，而松樹是福山區(qū)主要的造林綠化樹種[1]，福山區(qū)現(xiàn)有松林面積9 747 hm2，占生態(tài)公益林總面積的67%，同時(shí)，松材線蟲病的傳播媒介松褐天牛在福山區(qū)分布廣泛，也為松材線蟲自然傳播創(chuàng)造了條件。隨著交通、通訊、項(xiàng)目開發(fā)以及貿(mào)易往來等越來越頻繁，無形之中又增加了疫情傳入的概率和危險(xiǎn)，如果放任松材線蟲病擴(kuò)散蔓延，將給森林資源帶來不可估量的損失，使幾十年的造林綠化成果毀于一旦。目前，松材線蟲病在福山區(qū)部分鎮(zhèn)街及煙臺(tái)市其他縣市區(qū)都有發(fā)生。福山區(qū)于2013 年4 月在回里鎮(zhèn)葫蘆頭南坡首次發(fā)現(xiàn)死亡松樹13株，經(jīng)市森保站鑒定為松材線蟲病，截至目前，全區(qū)已有清洋街道辦事處東留公林地、福新街道辦事處炮山林地、回里鎮(zhèn)葫蘆頭林片3 個(gè)區(qū)塊發(fā)現(xiàn)松材線蟲病疫情，總面積約66.67 hm2。在2015 年的普查[2]中，門樓鎮(zhèn)、張格莊鎮(zhèn)、國有福山林場又相繼在屬地松林中發(fā)現(xiàn)多株死亡松樹，雖經(jīng)現(xiàn)場取樣分離尚未發(fā)現(xiàn)松材線蟲蟲體，但目前形勢不容樂觀。2015年10月，福山區(qū)被山東省政府列為松材線蟲病疫區(qū)。

1 基本情況

福山區(qū)2017年度林地變更調(diào)查結(jié)果，全區(qū)林地面積35 873 hm2，森林覆蓋率43.5%。其中松林面積9 747 hm2，占林地面積27.17%。

1.1 普查方法

普查使用人工踏查和機(jī)動(dòng)性多旋翼無人機(jī)搭載高分辨率專業(yè)相機(jī)，根據(jù)福山區(qū)自然資源局提供的森林資源2017年度林地變更數(shù)據(jù)，整理并規(guī)劃普查區(qū)域范圍，在普查區(qū)域內(nèi)進(jìn)行全覆蓋航拍并結(jié)合人工踏查[3]。

1.1.1 地面踏查影像數(shù)據(jù)采集

在普查區(qū)域內(nèi)的公路沿線、通信塔、高壓電力塔等設(shè)施周邊進(jìn)行人工地面踏查，根據(jù)松材線蟲病的發(fā)病特點(diǎn)，采集病死、枯死、瀕死松樹的影像數(shù)據(jù)。通過手持GPS 設(shè)備上傳已核查的病死、枯死、瀕死松樹的點(diǎn)位信息。同時(shí)使用專業(yè)手持設(shè)備對(duì)已完成地面踏查的小班矢量圖進(jìn)行處理完成地面踏查數(shù)據(jù)的采集[4]。

1.1.2 航空影像數(shù)據(jù)采集

根據(jù)松材線蟲病枯死木的歷史發(fā)生情況，對(duì)需要監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行前期人工勘查，確定普查的范圍和小班。通過無人機(jī)地面站系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行飛行區(qū)域規(guī)劃和航線規(guī)劃設(shè)計(jì)，利用無人機(jī)搭載的高分辨率專業(yè)相機(jī)，在監(jiān)測普查區(qū)域內(nèi)全覆蓋進(jìn)行全自主飛行航空攝影，采集檢測區(qū)域的航空影像數(shù)據(jù)。

1.1.3 影像數(shù)據(jù)傳輸

通過對(duì)人工踏查和無人機(jī)采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)加密等操作，將人工踏查影像數(shù)據(jù)和無人機(jī)航空影像數(shù)據(jù)、無人機(jī)POS 數(shù)據(jù)、相機(jī)參數(shù)等數(shù)據(jù)通過多媒體介質(zhì)傳輸?shù)綄I(yè)數(shù)據(jù)處理終端平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

1.1.4 影像數(shù)據(jù)處理

林業(yè)無人機(jī)數(shù)據(jù)處理中心通過Lightroom、DJI Terra、Pix4D 等專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行勻光勻色、除霧、影像快速拼接等手段處理，根據(jù)各地具體要求生成各種數(shù)值分辨率的正射影像圖（DOM）。

1.1.5 枯死木勾繪及點(diǎn)位信息處理

利用高精度DOM 正射影像圖，專業(yè)技術(shù)人員通過枯死木勾繪系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)枯死樹、變色樹、異常林區(qū)進(jìn)行定位[5]，勾繪出疑似枯死木分布點(diǎn)，并輸出疑似枯死木分布點(diǎn)精準(zhǔn)地理坐標(biāo)信息，形成文檔報(bào)告。

1.1.6 人工地面核查

地面核查技術(shù)員對(duì)照高精度DOM正射影像數(shù)據(jù)和枯死木分布點(diǎn)精準(zhǔn)地理坐標(biāo)信息表，選取不同枯死木分布點(diǎn)密度梯度的典型小班[6]，進(jìn)行人工踏查及標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查，以精準(zhǔn)核查疑似枯死木坐標(biāo)。

具體操作為：在普查小班中選取10%具有代表性的典型小班，人工核查小班內(nèi)枯死木株數(shù)，并與無人機(jī)普查得出的小班內(nèi)枯死木株數(shù)對(duì)比，計(jì)算校正系數(shù)K：

K=人工核查枯死木株數(shù)/無人機(jī)普查枯死木株數(shù)枯死木株數(shù)=無人機(jī)普查枯死木株數(shù)×K

1.2 普查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

嚴(yán)格按照《松材線蟲病普查監(jiān)測技術(shù)規(guī)程（GB/T 23478-2009）》、國家林草局《國家林業(yè)和草原局生態(tài)保護(hù)修復(fù)司關(guān)于做好松材線蟲病疫情監(jiān)測普查工作的通知》(生防函〔2021〕59 號(hào)）及《松材線蟲病防治技術(shù)方案（林生發(fā)〔2021〕110 號(hào)）》的要求執(zhí)行。以相關(guān)疫情鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）提供的服務(wù)范圍內(nèi)的日常監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用Arcgis、GlobalMapper、奧維等地理信息處理軟件進(jìn)行系統(tǒng)加工和統(tǒng)籌分析，以無人機(jī)遙感普查、地面踏查和詳查相結(jié)合的方法針對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行核查校正；同時(shí)選擇非疫點(diǎn)區(qū)域和疫點(diǎn)邊緣區(qū)域進(jìn)行抽樣核查，以確定疫區(qū)范圍及疫點(diǎn)個(gè)數(shù)的準(zhǔn)確性[7]。

1.2.1 數(shù)據(jù)收集與加工要求

采用Arcgis、GlobalMapper、奧維等地理信息處理軟件，對(duì)提交數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，初步明確普查范圍內(nèi)枯死松木所在位置及數(shù)量[8]，系統(tǒng)掌握提交數(shù)據(jù)的各項(xiàng)信息。并根據(jù)各項(xiàng)信息做好后期核查的統(tǒng)籌安排，包括核查樣線設(shè)計(jì)、抽樣比例設(shè)計(jì)等。

1.2.2 無人機(jī)遠(yuǎn)程遙感普查要求

根據(jù)普查區(qū)域內(nèi)的松林小班圖，規(guī)劃普查線路，組織專業(yè)無人機(jī)操作人員利用搭載30倍光學(xué)變焦的大疆精靈（Phantom）4 RTK 和大疆經(jīng)緯（Matrice）M300 RTK（搭載全畫幅、高精度、快速拍攝的Zenmuse-P1 鏡頭），通過無人機(jī)實(shí)時(shí)視頻傳輸、無人機(jī)攝影測量等先進(jìn)技術(shù)對(duì)枯死松樹進(jìn)行視頻拍攝（枯死木發(fā)生區(qū)域、重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行正射影像拍攝），對(duì)病情嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行標(biāo)記。

1.2.3 人工地面核查要求

在無人機(jī)遠(yuǎn)程遙感普查后，設(shè)定路線進(jìn)行全面人工核查。抽取普查范圍內(nèi)10%疫區(qū)范圍的松林小班（每個(gè)疫點(diǎn)選取2～4 個(gè)小班，每個(gè)小班面積不少于13.33 hm2），具體為采取目測或者使用望遠(yuǎn)鏡等方法觀測，沿踏查路線調(diào)查有無出現(xiàn)針葉褪色、黃化、枯萎以及呈紅褐色等

松針變色癥狀的松樹。對(duì)于枯死松木分布較為集中的區(qū)域，組織人員深入小班內(nèi)部進(jìn)行定位、標(biāo)記、計(jì)數(shù)，準(zhǔn)確修正區(qū)域內(nèi)枯死松木數(shù)量和位置。

1.2.4 詳查技術(shù)要求

詳查范圍包括：1）各疫區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)提供數(shù)據(jù)涉及新發(fā)生疫點(diǎn)的全部范圍；2）在全區(qū)非疫點(diǎn)區(qū)域松林和疫點(diǎn)周邊松林抽取不低于5%松林面積。具體方法即詳細(xì)調(diào)查疫情發(fā)生地點(diǎn)、寄主種類、發(fā)生面積、病死松樹數(shù)量、林分狀況，以及傳入途徑和方式等情況，并對(duì)病死松樹進(jìn)行精準(zhǔn)定位，繪制疫情分布示意圖和疫情小班詳圖。

1.2.5 松材線蟲病送樣檢測要求

對(duì)于新發(fā)疫點(diǎn)的確認(rèn)，必須采樣進(jìn)行檢測是否確實(shí)為松材線蟲病感染。松材線蟲病抽樣及檢測嚴(yán)格參照《松材線蟲病防治技術(shù)方案》（林生發(fā)〔2021〕59號(hào)）執(zhí)行。

1.3 普查范圍

為貫徹“預(yù)防為主，科學(xué)治理”的指導(dǎo)方針，防止松材線蟲病擴(kuò)散傳播，本次普查規(guī)劃范圍在2020年松材線蟲病秋季普查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，圍繞2020年枯死木分布小班向外延伸1 km 范圍，重點(diǎn)調(diào)查交通沿線、廠礦、木材制品生產(chǎn)企業(yè)、建筑工地、信號(hào)塔等周邊松林，以及從疫區(qū)購買設(shè)備的單位周邊區(qū)域松林和人為活動(dòng)和物流頻繁區(qū)域周圍的松林等[9]。

人工踏查和無人機(jī)航拍普查了福山區(qū)全部的松林面積，其中人工踏查面積5 982.91 hm2、無人機(jī)航拍面積3 764.85 hm2，覆蓋高新區(qū)、經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、東廳街道、福新街道、清洋街道、門樓鎮(zhèn)、臧家莊鎮(zhèn)、回里鎮(zhèn)、張格莊鎮(zhèn)，高疃鎮(zhèn)共10 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）和1 個(gè)林場，胡家夼村、善疃村、姜家夼、李家溝、曲家溝等36個(gè)村，共計(jì)1 661個(gè)小班（詳見表1、表2）。

表1 煙臺(tái)市福山區(qū)松林分布情況

表2 煙臺(tái)市福山區(qū)人工-無人機(jī)普查面積

2 普查結(jié)果

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)死亡松木數(shù)量達(dá)到25 853 株，其中病死松樹22 151 株，瀕死松樹3 139 株，其他原因死亡松樹563 株；疫情小班40 個(gè)，發(fā)生面積409.77 hm2，涉及福新街道、門樓鎮(zhèn)、回里鎮(zhèn)、張格莊鎮(zhèn)4 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）17個(gè)村（詳見表3）。

表3 煙臺(tái)市福山區(qū)2021年松材線蟲病秋季普查發(fā)生情況

3 經(jīng)驗(yàn)體會(huì)

無人機(jī)用于林業(yè)病蟲害監(jiān)測主要是以遙感（UAVRS）技術(shù)作為航空遙感手段，利用高分辨CCD相機(jī)系統(tǒng)獲取遙感影像，利用空中和地面控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)影像的自動(dòng)拍攝和獲取，同時(shí)實(shí)現(xiàn)航跡的規(guī)劃和監(jiān)控、信息數(shù)據(jù)的壓縮和自動(dòng)傳輸、影像預(yù)處理。本次普查生成的1∶1 000 的正射圖和枯死木坐標(biāo)，提高了普查效率和準(zhǔn)確性。根據(jù)國家林業(yè)局《松材線蟲普查監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》，監(jiān)測普查到的枯死松木應(yīng)落實(shí)到小班。但在實(shí)際調(diào)查中，因?yàn)樗闪仲Y源分布數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，加上一些林地地勢險(xiǎn)峻，人工調(diào)查難以實(shí)現(xiàn)，無法判定枯死木在小班中的具體位置。本次普查采用無人機(jī)拍攝正攝圖和定點(diǎn)拍攝圖標(biāo)記枯死木坐標(biāo)點(diǎn)，并利用ArcGIS、GlobalMapper、奧維地圖等軟件將枯死木坐標(biāo)點(diǎn)與松林資源信息整合，使得枯死松木可以在小班中精確定位，該經(jīng)驗(yàn)對(duì)下一步開展枯死松木除治工作具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

4 存在的問題與措施建議

4.1 存在的問題

1）敏感區(qū)域多。普查區(qū)域內(nèi)存在禁飛區(qū)、限高區(qū)及軍事禁區(qū)等敏感區(qū)域，普查人員和無人機(jī)都無法進(jìn)入敏感區(qū)域內(nèi)進(jìn)行普查工作，一定程度上影響了普查工作的順利開展[10]。

2）部分區(qū)域已完成和正在進(jìn)行除治工作。普查區(qū)域內(nèi)的部分疫情小班已完成或正在進(jìn)行除治工作，針對(duì)此類區(qū)域松材線蟲病疫情發(fā)生的實(shí)際情況與本次普查的結(jié)果可能存在一定誤差。

4.2 措施建議

1）針對(duì)敏感區(qū)域，積極與相關(guān)部門進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，進(jìn)行無人機(jī)作業(yè)申請，不能進(jìn)行無人機(jī)作業(yè)的，結(jié)合最新影像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，準(zhǔn)確完成敏感地區(qū)的普查工作。

2）積極與縣級(jí)林業(yè)主管部門進(jìn)行對(duì)接，將部分區(qū)域已完成和正在進(jìn)行除治松材線蟲病疫的株數(shù)、數(shù)量、位置進(jìn)行對(duì)接，將其納入本年度普查參考范圍，將普查工作做到準(zhǔn)確細(xì)致，為松材線蟲病的后期防治工作奠定基礎(chǔ)。