無(wú)人直升機(jī)在森林資源調(diào)查領(lǐng)域的應(yīng)用探討

森林資源調(diào)查旨在通過(guò)對(duì)林區(qū)范圍內(nèi)的動(dòng)、植物及其環(huán)境條件的調(diào)查，掌握特定區(qū)域內(nèi)森林資源的位置、組成、分布及其相對(duì)數(shù)量，為相關(guān)政策的制定和實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)，以保證森林資源的合理利用、有效保護(hù)和可持續(xù)管理，促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)、激光雷達(dá)等先進(jìn)技術(shù)手段廣泛應(yīng)用，極大地提升了森林資源調(diào)查的效率。相比于常規(guī)的多旋翼無(wú)人機(jī)，無(wú)人直升機(jī)具備長(zhǎng)續(xù)航、大載荷、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在森林調(diào)查領(lǐng)域具有較大發(fā)展空間。本文探討無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)在森林資源調(diào)查中的價(jià)值，寄望未來(lái)無(wú)人直升機(jī)能夠在森林資源調(diào)查領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

森林資源調(diào)查的特點(diǎn)

森林資源調(diào)查周期長(zhǎng)、范圍廣

為了全面了解森林生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化和資源狀況，森林資源調(diào)查通常需要進(jìn)行長(zhǎng)期的觀測(cè)和監(jiān)測(cè)工作，包括對(duì)不同季節(jié)和氣候條件下的變化進(jìn)行跟蹤記錄。目前我國(guó)每五年開(kāi)展一次全國(guó)性清查工作，單次清查工作投入數(shù)萬(wàn)工作調(diào)查人員需要數(shù)年時(shí)間。以江西省第九次森林資源清查工作為例：江西省布設(shè)了固定樣地共10455個(gè)，此次調(diào)查抽取其中四分之一樣本進(jìn)行復(fù)查，實(shí)際完成樣本調(diào)查2608個(gè)，總耗時(shí)一年有余。調(diào)查組織了165名技術(shù)人員組成45個(gè)調(diào)查組，耗時(shí)3個(gè)月的時(shí)間進(jìn)行外業(yè)調(diào)查工作。

森林調(diào)查范圍覆蓋大面積的森林地區(qū)，通常還涉及偏遠(yuǎn)山區(qū)、原始森林等環(huán)境復(fù)雜的地域。調(diào)查人員在工作過(guò)程中可能會(huì)面臨著交通不便、通信困難、自然環(huán)境惡劣等問(wèn)題，甚至可能遭遇野生動(dòng)物和各種昆蟲(chóng)騷擾和威脅。

森林資源調(diào)查的綜合性

為了能夠?qū)ι仲Y源及其相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行全面、系統(tǒng)性的評(píng)估和分析，森林資源調(diào)查不僅僅關(guān)注森林本身的結(jié)構(gòu)、組成和分布，還需要考慮到與森林相關(guān)的各種因素，如土壤、氣候、地形、野生動(dòng)植物、人類(lèi)活動(dòng)等。在森林資源調(diào)查中，調(diào)查人員需要采用多種方法和技術(shù)，如野外調(diào)查、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、生態(tài)學(xué)調(diào)查等，從多個(gè)方面獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行綜合分析。

森林資源調(diào)查的現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

目前森林資源調(diào)查通常采用外業(yè)調(diào)查和遙感技術(shù)相結(jié)合的調(diào)查方法。外業(yè)調(diào)查通常需要調(diào)查人員通過(guò)實(shí)地勘察、樣地調(diào)查等方法獲取具體數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)則是通過(guò)獲取航空或衛(wèi)星平臺(tái)上的影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)森林類(lèi)型、植被覆蓋度、林分結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)狀態(tài)的識(shí)別、評(píng)估，以及森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)和變化趨勢(shì)評(píng)估，能夠快速獲取大范圍、多時(shí)相的數(shù)據(jù)。然而，森林資源調(diào)查仍然面臨諸多挑戰(zhàn)，如遙感數(shù)據(jù)的精度受分辨率限制、地形、云層等因素影響，外業(yè)調(diào)查過(guò)程中的成本高昂且耗時(shí)較長(zhǎng)，人力資源和技術(shù)設(shè)備不足等問(wèn)題，這些因素都可能影響到調(diào)查結(jié)果的準(zhǔn)確性和全面性。

無(wú)人直升機(jī)在森林資源調(diào)查領(lǐng)域的應(yīng)用分析

研究背景

目前無(wú)人機(jī)在森林資源調(diào)查領(lǐng)域主要承擔(dān)了低空遙感技術(shù)的角色，通過(guò)搭載高分辨率攝像設(shè)備和激光雷達(dá)設(shè)備完成更高精度的遙感任務(wù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感和航空遙感技術(shù)，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)具備成本低、任務(wù)周期短、靈活性好、高分辨率等特點(diǎn)，成為當(dāng)前森林資源調(diào)查的新型手段之一。然而目前所采用的無(wú)人機(jī)平臺(tái)多數(shù)選擇的是輕小型無(wú)人機(jī)，存在巡航時(shí)間較短，有效載荷小，遙感手段單一等問(wèn)題。相比之下，無(wú)人直升機(jī)具有更長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間、更大的覆蓋范圍和強(qiáng)大的環(huán)境適應(yīng)性，能夠在各種地形和氣候條件下執(zhí)行任務(wù)。同時(shí)其載荷能力更大，能夠搭載更豐富的任務(wù)設(shè)備，包括各種傳感器、攝像頭和通信設(shè)備，以滿(mǎn)足不同任務(wù)的需求。

近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)無(wú)人直升機(jī)行業(yè)發(fā)展迅速，越來(lái)越多的企業(yè)和研究院所開(kāi)始了無(wú)人直升機(jī)的研制。以500kg級(jí)無(wú)人直升機(jī)為例，包括航空工業(yè)集團(tuán)AR-500系列無(wú)人直升機(jī)、兵器工業(yè)集團(tuán)CR500無(wú)人直升機(jī)和航天九院“飛鴻”無(wú)人直升機(jī)在內(nèi)的多款無(wú)人直升機(jī)已經(jīng)在應(yīng)急救援、森林防火、海事監(jiān)管、電力巡線(xiàn)和物資運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域投入使用。為相關(guān)領(lǐng)域的工作提供了高效、可靠的無(wú)人機(jī)解決方案，不僅提升了工作效率，還降低了相關(guān)工作的風(fēng)險(xiǎn)和成本。

森林資源調(diào)查無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用分析

森林資源調(diào)查無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)由無(wú)人直升機(jī)平臺(tái)、遙感任務(wù)設(shè)備、衛(wèi)星通信系統(tǒng)和吊掛運(yùn)輸系統(tǒng)等組成，具體組成如圖1所示。

森林資源調(diào)查無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)典型任務(wù)場(chǎng)景包括：（1）根據(jù)調(diào)查任務(wù)需求，選擇對(duì)應(yīng)的遙感任務(wù)設(shè)備，結(jié)合任務(wù)設(shè)備工作方式規(guī)劃任務(wù)航線(xiàn)；（2）測(cè)控運(yùn)輸一體車(chē)將無(wú)人直升機(jī)運(yùn)輸至任務(wù)區(qū)域附近合適的位置，完成地面站布置和飛行前準(zhǔn)備；（3）操縱無(wú)人直升機(jī)起飛并飛行至任務(wù)區(qū)域，開(kāi)展森林資源調(diào)查任務(wù)；（4）任務(wù)過(guò)程中，通過(guò)地面站實(shí)時(shí)監(jiān)控遙感數(shù)據(jù)情況，可實(shí)時(shí)進(jìn)行航線(xiàn)調(diào)整；（5）通過(guò)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)將遙感數(shù)據(jù)發(fā)送給后臺(tái)服務(wù)器，同步進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析；（6）完成預(yù)定的飛行任務(wù)后，無(wú)人直升機(jī)按預(yù)設(shè)航線(xiàn)自動(dòng)返航并 著陸，調(diào)查人員可機(jī)上存儲(chǔ)介質(zhì)下載遙感原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

針對(duì)森林資源調(diào)查任務(wù)的特點(diǎn)，森林資源調(diào)查無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)還配備了一些特定的功能。（1）自主避障能力：山區(qū)通常復(fù)雜環(huán)境，地形起伏，甚至可能會(huì)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)、高壓輸電塔的存在，自主避障能力能夠通過(guò)傳感器提前識(shí)別障礙物，自主規(guī)劃飛行路徑避讓障礙物，保障飛行平臺(tái)安全；（2）衛(wèi)星通信能力：由于地球曲率影響，視距鏈作用下無(wú)人機(jī)飛行高度需要隨作用距離而增加，過(guò)高的飛行高度將影響遙感數(shù)據(jù)精度。采用衛(wèi)通鏈可以解決這個(gè)問(wèn)題，同時(shí)還可以拓展無(wú)人直升機(jī)任務(wù)半徑，并實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)超遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)傳輸；（3）任務(wù)設(shè)備可替換性：針對(duì)不同任務(wù)需求，可按照設(shè)計(jì)的不同任務(wù)構(gòu)型快速完成任務(wù)載荷及配重更換，無(wú)需進(jìn)行額外改裝或稱(chēng)重。

除了擔(dān)任航空遙感任務(wù)，森林資源調(diào)查無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)在外業(yè)調(diào)查中也能發(fā)揮關(guān)鍵作用。無(wú)人直升機(jī)還可以作為運(yùn)輸平臺(tái)，用于運(yùn)輸調(diào)查設(shè)備和樣本，也可以作為通信中繼，為調(diào)查人員提供更好的支持和保障。

結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人直升機(jī)憑借長(zhǎng)續(xù)航、大載荷、環(huán)境適應(yīng)性等優(yōu)勢(shì)，能夠很好地適應(yīng)森林資源調(diào)查的任務(wù)需求。本文歸納總結(jié)來(lái)森林資源調(diào)查的特點(diǎn)、現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，結(jié)合無(wú)人直升機(jī)的特性，討論了無(wú)人直升機(jī)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用，為森林資源調(diào)查中無(wú)人直升機(jī)發(fā)展規(guī)劃提供參考。