無人機遙感技術在森林資源管理中的應用

摘 要：為應對全球森林資源日益減少與退化的挑戰(zhàn)，提高森林資源管理效率與精確度顯得尤為重要。無人機遙感技術具有高效率、高精度、強靈活性的優(yōu)勢，可為森林資源監(jiān)測、評估、管理提供創(chuàng)新方法。圍繞林場巡查、森林防火、林業(yè)病蟲害監(jiān)測、林業(yè)執(zhí)法管理等關鍵領域，全面分析無人機遙感技術在森林資源管理中的特征優(yōu)勢與具體應用。無人機遙感技術在森林資源管理中的應用，可提高收集森林資源數據的時效性與精確度，提高森林資源管理的靈活性與綜合效率，有助于推動森林資源的可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：無人機遙感技術；森林資源管理；精準定位

中圖分類號：S771.8 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–00-03

森林資源對維護生態(tài)平衡、保護生物多樣性、調節(jié)氣候等具有關鍵作用。受自然災害、人類活動等因素的影響，全球森林資源面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的森林資源管理依賴人工實地考察，不僅耗時耗力，還難以覆蓋廣闊的森林區(qū)域，管理效率與準確性無法滿足現代森林資源管理需求。隨著技術的發(fā)展，無人機遙感技術具有的高效率、高精度的特點，成為解決這一問題的有效工具。該技術能快速獲取大面積森林的高分辨率圖像，為森林資源調查、監(jiān)測和管理提供新思路。因此，研究無人機遙感技術在森林資源管理中的應用具有重要價值。

1 無人機遙感技術的優(yōu)勢

1.1 時效性強，提高樣地調查效率

無人機遙感技術在森林資源管理中應用主要得益于其強大的時效性，尤其在提高樣地調查效率方面表現尤為明顯。相比傳統(tǒng)地面調查或使用載人飛行器進行的遙感調查，無人機遙感技術的應用能在短時間內部署并完成大范圍的森林資源調查工作，可縮短數據采集的時間。無人機遙感技術利用高分辨率成像系統(tǒng)，可迅速獲取森林覆蓋、植被狀態(tài)、林分結構等關鍵信息，為森林資源管理提供及時、精確的數據支持。無人機遙感技術時效性強的特點，在應對突發(fā)性森林事件時，如森林火災、病蟲害暴發(fā)等，能實現快速響應，獲取有效的決策支持信息。

此外，在傳統(tǒng)樣地調查中，研究人員需要進入森林，通過人工測量記錄獲取數據，不僅耗時長，而且工作量大，尤其是在復雜地形或惡劣天氣條件下，數據收集面臨更大的挑戰(zhàn)。通過應用無人機遙感技術，研究人員可快速完成樣地數據的收集與更新工作。對于大面積且難以進入的森林區(qū)域，無人機遙感技術的優(yōu)勢更為明顯。高效的數據采集，可提高樣地調查的效率，確保數據的連續(xù)性與一致性，能為森林資源的長期監(jiān)測和管理提供有力的技術支撐。

1.2 精準定位，采集的數據更精確

無人機遙感技術在森林資源管理中的應用優(yōu)勢還體現在精準定位能力方面，這一特性確保了數據采集的高精度。利用GPS、先進的光學、多光譜成像設備，無人機能在飛行過程中準確地記錄影像數據的地理位置信息，實現對特定森林區(qū)域的精確映射與監(jiān)測。無人機遙感技術在執(zhí)行森林資源調查、病蟲害監(jiān)測、森林火災評估等任務時，能獲取位置精準的數據信息，保障數據處理與分析的準確性。

精準定位不僅能提高數據的準確性，還可監(jiān)測森林變化、評估森林資源狀況。在長期的森林資源監(jiān)測中，無人機遙感技術能在相同地理位置重復獲取數據，從而捕捉到森林覆蓋度、植被健康狀況等參數，為森林資源管理與保護決策的制定提供科學依據。此外，精準定位還能為森林資源的三維建模、生物量估算等提供有效依據。

1.3 靈活性強，航拍的影像更完整

無人機遙感技術能根據實際需求靈活調整無人機飛行高度與速度，獲取不同分辨率和范圍的航拍影像，在復雜多變的森林環(huán)境中捕捉到更加完整、細致的地表信息。與傳統(tǒng)遙感平臺相比，無人機遙感技術更加靠近地面，能拍攝到更豐富的樹冠層次細節(jié)圖像，在識別植被類型、評估植被健康狀況、監(jiān)測生物多樣性等方面具有顯著優(yōu)勢。無人機遙感技術具有靈活部署能力，可以快速響應突發(fā)環(huán)境事件，如森林火災、病蟲害暴發(fā)等，能及時獲取全面的影像數據，為制定緊急決策與實施有效干預措施提供依據。

無人機遙感技術靈活性強，能穿透難以接近的地區(qū)，例如崎嶇的山地、密集的森林與其他難以通過步行或駕車到達的地方，有助于確保數據收集的連續(xù)性與完整性，這一特征在大范圍森林資源調查與監(jiān)測中的作用更為顯著。無人機遙感技術能覆蓋廣闊的區(qū)域，獲取連續(xù)的航拍影像，從而為森林資源管理提供全面的影像視角與豐富的數據資源。因此，無人機遙感技術不僅能保證航拍影像的完整性與細節(jié)的豐富性，還能提高森林資源管理部門對突發(fā)環(huán)境事件的響應效率[1]。

2 無人機遙感技術在森林資源管理中的具體應用

2.1 無人機遙感技術在林場巡查中的應用

無人機遙感技術在林場巡查中的應用體現了森林資源管理的創(chuàng)新性與實用性。在具體實踐操作過程中，林場管理人員會部署搭載多光譜成像傳感器與高精度GPS的無人機進行定期或需要時的林場巡查。無人機的飛行高度通常設置為100～500 m，以確保獲取高分辨率（1～5 cm/像素）的圖像，覆蓋廣闊的林場區(qū)域。在實際巡查過程中，無人機遙感技術能精確地映射林地邊界，監(jiān)測植被覆蓋與林分結構變化，識別受損區(qū)域，并評估自然災害，如風暴、森林火災后的影響。

森林資源管理人員可利用無人機搭載的多光譜成像技術，分析植被的健康狀況，通過計算歸一化植被指數（NDVI）等遙感指標，準確評估林木生長狀況與生物量。無人機的熱紅外傳感器還能用于監(jiān)測、預警林火發(fā)生的潛在風險區(qū)域，為林場防火提供科學依據。在執(zhí)行林場巡查任務時，無人機系統(tǒng)會根據預設的飛行計劃自動導航，收集所需的影像數據。在飛行結束后，通過專業(yè)地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件與圖像處理軟件對收集到的數據進行處理和分析，生成詳細的林場地圖和報告，為林場管理提供精確的數據支持[2]。應用無人機遙感技術，不僅可提高林場巡查效率與準確性，還能降低人工巡查風險與成本。

2.2 無人機遙感技術在森林防火中的應用

無人機遙感技術具有獨特的優(yōu)勢，使其成為森林資源監(jiān)測與預防的重要工具。無人機可搭載多種傳感器，包括可見光相機、紅外線熱感相機、多光譜傳感器，能實現對森林火災的快速監(jiān)控[3]。

無人機在執(zhí)行森林防火任務時，通常在100～500 m的高度飛行，這個高度范圍允許無人機捕捉到清晰圖像，并覆蓋較大的地面面積。紅外線熱感相機對熱源非常敏感，可在夜間或煙霧條件下檢測到火點，分辨率可達到1 m或更高，能精準定位火災發(fā)生位置。

在飛行任務規(guī)劃方面，無人機通過高精度GPS確保飛行路線的準確性，并采用自動飛行模式覆蓋指定的監(jiān)測區(qū)域。在數據處理方面，將采集到的紅外線與可見光圖像實時傳輸回地面站，通過專用圖像分析軟件進行處理，能識別出圖像中的火點，自動標記疑似火災的位置，并計算火點的精確坐標（圖1）。

圖1 無人機識別現場火災

在火災預防方面，無人機能利用多光譜傳感器收集森林植被健康狀況的數據，通過分析NDV等遙感指標，識別出枯死或病弱植被區(qū)域，并將該區(qū)域標記為潛在的高風險火災區(qū)[4]。無人機還能監(jiān)測森林中的非法活動，如非法采伐、露天焚燒，這些活動都可被標記為火災風險點。采用這種高效、實時的監(jiān)測方式，能在初期迅速發(fā)現森林火災風險點，并定位火源，為后續(xù)撲火、滅火行動提供精確信息，還能在火災發(fā)生前采取有效的預防措施，降低森林火災風險。

2.3 無人機遙感技術在植被覆蓋監(jiān)測中的具體應用

無人機憑借其卓越的飛行效率與尖端的傳感器配置，在短時間內能夠完成對廣袤區(qū)域的植被覆蓋信息的全面采集。這些高精度傳感器，不僅能夠捕捉到植被分布示意圖，還能深入解析植被類型、覆蓋密度以及生長活力等核心參數。科研人員利用無人機傳回的高清影像與多光譜數據，能夠精準識別每一種植被，細致描繪其空間分布格局，并通過復雜的算法模型，精確計算出植被覆蓋度，誤差微乎其微。此外，這些數據不僅僅是數字與圖像的集成，它們顯示出不同植被類型在復雜多變環(huán)境中的適應策略與生長態(tài)勢。精細分析，可以洞察植被如何利用光照、水分等資源；而或者一些植被可能在特定環(huán)境下表現出衰退跡象。對植被與環(huán)境關系進行深入了解，為評估森林生態(tài)系統(tǒng)的整體健康狀況提供不可或缺的視角。這不僅能反映出生態(tài)系統(tǒng)的復雜性與動態(tài)性，更為制定有效的生態(tài)保護與恢復策略奠定堅實的基礎。

無人機遙感技術還具備實時監(jiān)測植被變化的能力。在干旱半干旱地區(qū)等生態(tài)環(huán)境脆弱的區(qū)域，植被覆蓋度的微小變化都可能引發(fā)嚴重的生態(tài)問題。定期或不定期進行無人機飛行監(jiān)測，可以及時發(fā)現并報告植被退化現象，如土壤侵蝕、水分短缺等導致的植被稀疏或死亡。這些實時數據可為制定相應的生態(tài)保護措施提供科學依據，有助于遏制生態(tài)退化趨勢并促進生態(tài)恢復。基于無人機遙感技術獲取的植被覆蓋信息，可以進一步評估森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。比較不同時間段、不同區(qū)域的植被覆蓋變化情況，可以分析森林生態(tài)系統(tǒng)的抗干擾和恢復能力。對于穩(wěn)定性較差的區(qū)域或生態(tài)系統(tǒng)，可以制定針對性地保護和管理策略，以增強其抗干擾和恢復能力。同時，這些數據還可以為森林火災、病蟲害等自然災害的預警和防控提供重要參考。分析植被覆蓋度的時空變化規(guī)律和趨勢，可以預測未來森林生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展方向，并據此制定長期的經營和管理計劃。

2.4 無人機遙感技術在林業(yè)病蟲害監(jiān)測中的應用

無人機遙感技術在林業(yè)病蟲害監(jiān)測與防治中的應用主要體現在以下兩個方面。

一方面，通過高精度的影像技術可快速定位受害樹種，并監(jiān)測病蟲害發(fā)展情況，無人機搭載多光譜和高分辨率可見光相機在林區(qū)上空飛行，影像數據可揭示樹木外表與樹葉顏色的變化，這些變化是病蟲害發(fā)生的早期跡象。實時分析影像數據，可快速定位枯死木或異常林分的分布，監(jiān)測病蟲害發(fā)生的情況。

另一方面，利用無人機對受害樹種進行精準的藥劑噴灑，達到快速、準確的林業(yè)病蟲害防治效果。林場管理人員可針對已經識別的疫區(qū)，在無人機上搭載噴灑設備，對病蟲害區(qū)域進行精準噴灑藥劑（圖2）。與傳統(tǒng)地面噴灑藥劑相比，無人機噴灑藥劑具有施藥精確、覆蓋面廣、效率高等優(yōu)勢，適用于大面積或地形復雜林區(qū)。例如，針對松材線蟲病的防治，林業(yè)管理部門可先使用無人機對疑似受害松林進行高精度的空中監(jiān)測，通過分析樹冠顏色變化等特征，快速識別出受害嚴重的林分，隨后調整無人機飛行計劃，將搭載噴灑裝備的無人機導向這些疫區(qū)，對受害樹種進行針對性藥劑噴灑[5]。

無人機通過預設飛行路線與飛行高度，精確控制藥劑的噴灑量和范圍，確保藥劑均勻覆蓋整個受害樹種區(qū)域，達到有效控制松材線蟲病擴散的目的，提高林業(yè)病蟲害管理效率，降低病蟲害防治成本，保護森林資源，維護生態(tài)平衡。

圖2 無人機精準噴藥現場

2.5 無人機遙感技術在林業(yè)執(zhí)法管理中的應用

在林業(yè)執(zhí)法管理中，無人機遙感技術展現了高效、安全的特征，同時在監(jiān)測、打擊亂砍濫伐、違法征（占）用林地、毀林開墾等違法行為方面具有顯著優(yōu)勢。

林業(yè)管理部門可通過部署裝備有高分辨率可見光相機及紅外傳感器的無人機，無論白天還是夜晚，都要進行動態(tài)監(jiān)察。無人機按照預設飛行路線覆蓋特定監(jiān)測區(qū)域，指揮中心可實時接收獲取的飛行圖像和視頻數據，一旦發(fā)現疑似違法活動，無人機即用GPS定位系統(tǒng)記錄準確位置，并使用可見光相機與紅外傳感器捕獲現場高清圖像及夜間熱成像，為執(zhí)法提供有效證據。

此外，無人機還可搭載喊話器或探照燈進行現場警告、照亮特定區(qū)域，對違法人員進行威懾。圖像、位置信息的精準獲取，能使地面執(zhí)法隊伍快速準確介入林業(yè)違法活動中，從而進行現場取證并采取應對措施，無人機收集的證據資料還可直接作為具有法律效力的證據。這就體現了無人機遙感技術在林業(yè)執(zhí)法中的高效性、精準性與專業(yè)性，可有效提高林業(yè)執(zhí)法效率，有效遏制非法破壞森林資源的行為。

3 結束語

無人機遙感技術在森林資源管理、病蟲害監(jiān)測與防治及林業(yè)執(zhí)法管理中的應用展示了其獨特的優(yōu)勢。通過高精度空中影像與多光譜數據分析，無人機遙感技術能快速準確地定位枯死樹木、異常林分和監(jiān)測林業(yè)病蟲害的發(fā)展情況，為林業(yè)管理提供實時、準確的數據支持。無人機通過搭載噴灑裝備，還能對受害樹種精準噴灑藥劑，從而控制病蟲害擴散。無人機遙感技術的高效率、低成本特征使其成為森林資源保護和管理的重要工具。隨著技術的發(fā)展，無人機遙感技術在促進森林資源可持續(xù)管理、生態(tài)環(huán)境保護等方面具有重要作用。

參考文獻

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