無人機遙感技術(shù)在廣西森林資源調(diào)查中的應(yīng)用及建議

陳浩梁

（廣西國有三門江林場，廣西柳州 45000）

廣西森林資源是我國森林資源的重要組成部分，由于廣西森林面積廣、密度大，且廣西地處云貴高原向兩廣丘陵的過渡地帶，山多地少，地形復(fù)雜多樣，在森林調(diào)查及監(jiān)測方面存在一定的困難。傳統(tǒng)的人工調(diào)查方式已經(jīng)遠遠不能滿足新時期對森林資源保護的要求。

近年來，隨著無人機在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用，其作為一種新型的獲取數(shù)據(jù)源的技術(shù)裝備，以其成本低、輕便靈活、方便安全、快速獲取高分辨率影像等優(yōu)勢，彌補了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感影像分辨率低的不足。無人機技術(shù)在森林資源調(diào)查、植樹造林、野生動物種群監(jiān)測、荒漠化監(jiān)測、森林火災(zāi)監(jiān)測和森林病蟲害監(jiān)測與防治等林業(yè)工作中的應(yīng)用，可以有效減少工人工作量，實現(xiàn)森林資源的實時監(jiān)測，大大提高森林作業(yè)的準(zhǔn)確性，有效預(yù)防森林火災(zāi)，提高應(yīng)急能力。

無人機遙感技術(shù)是綜合了小型無人機、遙感傳感器、通信等技術(shù)優(yōu)勢，具有低成本、高效率、高準(zhǔn)確度、高安全性等優(yōu)點，能夠及時、準(zhǔn)確掌握森林的土地、資源、環(huán)境等空間遙感信息的快速、有效的調(diào)查技術(shù)方式，在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用日益廣泛。

1 廣西森林調(diào)查中無人機應(yīng)用的必要性

1.1 廣西地貌概況

廣西處于我國云貴高原與兩廣丘陵的過渡地帶，整體地勢呈西北高東南低。廣西以山地丘陵盆地地貌為主，根據(jù)廣西統(tǒng)計局2020 年發(fā)布的數(shù)據(jù)，廣西海拔400 m 以上的山地占全區(qū)土地總面積的39.7%，海拔200～400 m 的丘陵占全區(qū)土地總面積的10.3%，石山占全區(qū)土地總面積的19.7%，而平原僅占全區(qū)土地總面積的20.6%[1]。由此可見，廣西的地形地貌以山多地少為主，僅中山、低山、丘陵和石山的面積就占廣西全區(qū)陸地面積的70.8%，此外，廣西的石灰?guī)r地層分布廣，巖層厚，褶紋斷裂發(fā)育，為典型的巖溶地貌地區(qū)。

1.2 無人機應(yīng)用的必要性

根據(jù)廣西統(tǒng)計局公布的最新數(shù)據(jù)，截至2022 年底，廣西全區(qū)森林面積達1 486.8 萬hm2，森林覆蓋率達62.56%，全區(qū)自然保護區(qū)多達78個，面積達125.83萬hm2。廣西擁有豐富森林資源的同時，還是我國木材主產(chǎn)區(qū)，2022 年廣西全區(qū)木材產(chǎn)量4 864.97 萬m3，占全國全年木材總產(chǎn)量的45.5%[2-3]。

根據(jù)國家統(tǒng)計局公布的相關(guān)數(shù)據(jù)，2021 年全國森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)616 次，火場總面積為14 124 hm2，受害森林面積為4 457 hm2，并造成其他經(jīng)濟損失達3 324.1 萬元；其中廣西森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)達97 次，占全國總數(shù)的15.75%，火場總面積為1 181 hm2，受災(zāi)森林面積為495 hm2，造成其他經(jīng)濟損失156.6 萬元。僅“十二五”期間，廣西全區(qū)共發(fā)生森林火災(zāi)2 249 起，受害森林面積總量達5.25 萬hm2；“十三五”期間，廣西全區(qū)有86 個縣（市、區(qū)）列為全國一級火險縣，由此可見，廣西的森林防滅火形勢十分嚴峻[4]。此外，2021 年全國林業(yè)有害生物發(fā)生面積達1 255.37 萬hm2，其中廣西林業(yè)有害生物發(fā)生面積為35.21 萬hm2，占全國總發(fā)生面積的2.8%[5]。

因此，廣西森林資源的保護與科學(xué)合理開發(fā)對我國的森林生態(tài)建設(shè)及木材安全具有重要意義。過去傳統(tǒng)的有害生物監(jiān)測采用人工方式完成，由于林地面積大，地形復(fù)雜，傳統(tǒng)人工森林外業(yè)調(diào)查對有害生物監(jiān)測范圍及準(zhǔn)確性有限；且廣西多低山，尤其是石山面積占廣西全區(qū)土地總面積近20%，傳統(tǒng)人工外業(yè)調(diào)查存在一定安全隱患。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，森林調(diào)查可以采用傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感技術(shù)來解決森林資源調(diào)查工作量大、任務(wù)重等問題，但由于衛(wèi)星遙感技術(shù)的影像分辨率低，且易受到云層、數(shù)據(jù)質(zhì)量和返回周期限制的影響，不可避免地降低了森林資源信息采集的準(zhǔn)確性和時效性[6]。

而將無人機遙感技術(shù)應(yīng)用在森林資源管理和調(diào)查中，利用無人機高分辨率的監(jiān)測技術(shù)，可精確定位枯死木、變色樹、異常林分，能及時發(fā)現(xiàn)病蟲害，大大提高了林業(yè)有害生物普查的工作效率，可為林業(yè)有害生物預(yù)測預(yù)報提供及時科學(xué)有效的依據(jù)。此外，通過無人機遙感技術(shù)還能對林地面積、株行距、公頃株數(shù)、成活率、保存率及林區(qū)道路等進行調(diào)查，大大增加了林地現(xiàn)狀的可視性，降低防火高峰時段的巡防壓力，并讓護林員能從更多的視角全面掌握森林資源信息和巡護工作進展，大大提高了森林資源管理和調(diào)查的工作效率，提高森林資源外業(yè)調(diào)查的安全性。

2 廣西森林資源調(diào)查無人機應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 森林有害生物調(diào)查和監(jiān)測

廣西不僅森林資源豐富，也是森林有害生物的多發(fā)地。為提高森林有害生物的監(jiān)測效果，減少有害生物對森林造成的損失，2015 年7 月，廣西首次在玉林市興業(yè)縣和百色市西林縣兩地啟動無人機監(jiān)測林業(yè)有害生物0.67 萬hm2[7]。此外，2021 年7 月30 日，廣西國有黃冕林場首次運用多光譜無人機對板勒分場拉聾林地桉樹黃化疫情進行監(jiān)測，調(diào)查面積30.92 hm2，基于葉片反射光譜提取模型進行病態(tài)特征波段提取、識別，生成統(tǒng)計信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)核查形成分析報告[8]。截至2023 年4 月，廣西梧州市無人機數(shù)量為40 多臺，且每年開展病蟲害飛防面積約為1.47 萬hm2[9]?；跓o人機遙感技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，能夠快速、準(zhǔn)確、有效地對林業(yè)有害生物進行評估和判斷，實現(xiàn)智能化、精準(zhǔn)化的林業(yè)有害生物監(jiān)測。

2.2 森林火災(zāi)調(diào)查和監(jiān)測

廣西是森林資源大省（區(qū)），同時是森林火災(zāi)的多發(fā)區(qū)，2021 年廣西全區(qū)森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)占全國總數(shù)的15.75%，且廣西每年重點森林防火期長達9 個月。為提高廣西森林火災(zāi)監(jiān)測和預(yù)警的時效性，2021 年廣西壯族自治區(qū)人民政府辦公廳印發(fā)了《廣西壯族自治區(qū)森林火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案的通知》（桂政辦函〔2021〕21 號），明確建立全區(qū)統(tǒng)一的森林防滅火信息系統(tǒng)，通過無人機開展火場偵察，將森林火災(zāi)現(xiàn)場及其周邊圖像、視頻實時傳送至各級森林防滅火指揮機構(gòu)辦公室以輔助火情決策。2020 年12 月，廣西在全州縣、東興市、南丹縣3 個森林火災(zāi)風(fēng)險普查試點地區(qū)進行森林可燃物外業(yè)調(diào)查工作，并先后投入14 個工組、60 名專業(yè)技術(shù)人員，歷時54 d，完成126 個森林可燃物標(biāo)準(zhǔn)地和13 個大樣地調(diào)查，采集樣品748 份，提高森林火災(zāi)風(fēng)險排查水平，并為地區(qū)森林火災(zāi)防治和森林可持續(xù)發(fā)展提供權(quán)威信息及科學(xué)決策依據(jù)。

2.3 林業(yè)勘測與規(guī)劃

隨著無人機遙感技術(shù)的進步及其在林業(yè)勘測和森林資源調(diào)查中應(yīng)用程度的提高，為有效規(guī)范廣西無人機測繪活動及其管理工作，廣西壯族自治區(qū)自然資源廳2021 年9 月印發(fā)《關(guān)于進一步規(guī)范無人機測繪活動的通知》，分別從執(zhí)證審核、備案制度、飛行規(guī)定等方面進行了規(guī)定。廣西七坡林場利用無人機核準(zhǔn)邊界，通過無人機拍攝林地高精度的正攝影像，清晰分辨出不同林分的林相差異，并借助GIS 軟件勾繪出準(zhǔn)確的造林范圍，最終明確林地面積。尹華陽等的試驗研究表明，采用無人機檢查枯死松樹準(zhǔn)確度為95%[10]。此外，廣西壯族自治區(qū)森林資源與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心早在2017 年便開始采用無人機開展碳匯監(jiān)測，利用無人機技術(shù)不僅提高了工作效率和調(diào)查精確度，還大幅縮短了外業(yè)調(diào)查工作實間，并有效解決了平緩地區(qū)耗時、耗力、精準(zhǔn)度低等問題。

3 存在的問題

3.1 無人機自身的升降技術(shù)及抗風(fēng)性能不足

1）基于廣西地形地貌復(fù)雜的實際特點，在大部分森林外業(yè)調(diào)查中缺乏無人機升降的有利場地和條件，尤其是在廣西獨特的喀斯特地貌與石山地區(qū)的無人機森林外業(yè)調(diào)查，對無人機操控工作人員的技術(shù)要求相對較高。2）由于無人機遙感技術(shù)的信息傳輸基于衛(wèi)星通信技術(shù)，然而廣西山多地少，地形復(fù)雜多樣，尤其是偏遠山區(qū)衛(wèi)星信號會明顯減弱，易對無人機的飛行控制和信息傳輸造成影響，衛(wèi)星信號明顯不足造成無人機的正常森林資源調(diào)查工作受阻。3）由于無人機自身屬于輕型飛行設(shè)備，在自身重量的限制下，抗風(fēng)能力不足，易偏離原定的飛行航線而導(dǎo)致精準(zhǔn)度的降低，且不穩(wěn)定的飛行也在一定程度上降低了無人機最終拍攝的影像圖像質(zhì)量。

3.2 自動巡航模式降低調(diào)查結(jié)果準(zhǔn)確性

目前，廣西在應(yīng)用無人機遙感技術(shù)進行森林外業(yè)調(diào)查時，一般使用自動巡航模式和手動拍照模式。其中盡管手動拍照模式的靈活性更高，能夠在調(diào)查的過程中對于存疑、異常等森林狀況進行重點監(jiān)測和排查，具有更強的針對性，但手動拍照模式對無人機操控技術(shù)人員的要求相對較高。而自動巡航模式是通過預(yù)先設(shè)定的航線進行巡航和調(diào)查，能夠應(yīng)用在大面積的森林調(diào)查中，但自動巡航模式僅限于預(yù)先設(shè)定航線拍攝，對存疑森林圖斑不能及時進行針對性排查，最終結(jié)果也缺乏準(zhǔn)確性和針對性。

4 優(yōu)化策略

4.1 加強操控人員的技術(shù)培訓(xùn)

1）應(yīng)加強無人機在森林資源調(diào)查中工作內(nèi)容及技術(shù)的培訓(xùn)，通過提高無人機操控人員的技術(shù)來提高無人機操作的穩(wěn)定性，提高成像質(zhì)量；2）在進行森林資源外業(yè)調(diào)查前，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)貙嶋H情況，遵循因地制宜的原則，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡乩?、地形及通訊因素，并考慮調(diào)查當(dāng)天的天氣因素，避免大風(fēng)天氣進行無人機外業(yè)調(diào)查，以此避免由于風(fēng)力影響而降低無人機森林資源調(diào)查的準(zhǔn)確性。

4.2 結(jié)合無人機自身特性靈活選用航拍模式

結(jié)合無人機自動巡航及手動巡航模式的不同優(yōu)勢，因地制宜，根據(jù)調(diào)查森林的地形、面積等因素來靈活選用航拍模式。一般情況下，面積大于330 hm2的森林可采用自動巡航模式，對于小范圍或存在爭議的特殊林地，可采用手動航拍模式，以此來提高森林調(diào)查的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)語

由于森林資源調(diào)查準(zhǔn)確性、科學(xué)性的需要，廣西近年來也在不斷加強對無人機的應(yīng)用。然而，目前廣西無人機遙感技術(shù)在森林調(diào)查中的應(yīng)用仍處于初級階段，應(yīng)用技術(shù)水平仍須不斷提高。在使用無人機進行森林調(diào)查時，應(yīng)遵循因地制宜的原則，并不斷強化無人機操控人員的技術(shù)，以提高廣西無人機森林資源調(diào)查的應(yīng)用水平，促進廣西森林生態(tài)建設(shè)。