無(wú)人機(jī)在森林資源管理中的應(yīng)用探析

王楊

(黑龍江省林業(yè)監(jiān)測(cè)規(guī)劃院，黑龍江 哈爾濱 150080)

“數(shù)據(jù)是未來(lái)的石油”，隨著全球進(jìn)入數(shù)據(jù)化時(shí)代，包括林業(yè)在內(nèi)的各行各業(yè)都在積極開展行業(yè)大數(shù)據(jù)建設(shè)。無(wú)人機(jī)作為一門新興技術(shù)手段，廣泛應(yīng)用在森林資源調(diào)查、林業(yè)面積核查等各個(gè)方面，對(duì)于林業(yè)數(shù)據(jù)收集具有十分重要的意義。目前，無(wú)人機(jī)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)林業(yè)方面的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，在森林資源管理中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

1 無(wú)人機(jī)概述及其特點(diǎn)

1.1 無(wú)人機(jī)概述

無(wú)人機(jī)是無(wú)人駕駛飛機(jī)的簡(jiǎn)稱，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)是通過(guò)無(wú)線電遙控設(shè)備，整合微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)控技術(shù)、通信技術(shù)和遙感技術(shù)，根據(jù)需要拍攝采集相關(guān)信息，再將信息進(jìn)行簡(jiǎn)單處理后回傳的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。從內(nèi)部構(gòu)造來(lái)看，系統(tǒng)主要包括飛行終端、中控系統(tǒng)、傳感器(高清數(shù)碼相機(jī))、地面監(jiān)控等等，在林業(yè)資源調(diào)查過(guò)程中，要結(jié)合需監(jiān)測(cè)的森林環(huán)境和管理要求，設(shè)置相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。2015年，中國(guó)民航總局針頒布《輕小無(wú)人機(jī)運(yùn)行規(guī)定(試行)》，對(duì)于具有自主航行能力、低空、慢速、微輕無(wú)人機(jī)運(yùn)行管理進(jìn)行了詳細(xì)分類(表1)。

表1 適用無(wú)人機(jī)運(yùn)行管理分類表

圖1 無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)

1.2 無(wú)人機(jī)在森林資源監(jiān)測(cè)中的特點(diǎn)

1.2.1 靈活度比較高 無(wú)人機(jī)主要特征是便于控制，可以隨時(shí)準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)各類突發(fā)情況并迅速開展工作，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域?qū)嵤V泛監(jiān)測(cè)，短時(shí)間內(nèi)生成高清圖像數(shù)據(jù)。此外，無(wú)人機(jī)可以及時(shí)處理和總結(jié)信息，并將收集到的信息及時(shí)、準(zhǔn)確地回傳至信息中心，有效縮短了信息傳輸時(shí)間。在起飛時(shí)間方面，無(wú)人機(jī)比有人機(jī)起飛更快，且不容易受外界環(huán)境影響，具有省時(shí)、省力、安全、高效、靈活的特點(diǎn)，有利于隨時(shí)待命并開展工作。

1.2.2 分辨率高、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確 無(wú)人機(jī)以發(fā)達(dá)的科技為依托，利用分辨率較高的數(shù)字成像技術(shù)以低空航行的方式(通常距離地面不超過(guò)1 km)，得到的圖像分辨率區(qū)間是0.1～0.5 m，測(cè)量林木和其他林業(yè)資源的細(xì)節(jié)比較清晰，不管是在林業(yè)面積統(tǒng)計(jì)上，還是在林業(yè)資源核查上，此種分辨率均有顯著的優(yōu)勢(shì)。實(shí)踐表明，無(wú)人機(jī)測(cè)繪的分辨率已經(jīng)能夠滿足林業(yè)資源管理日常所需。

1.2.3 飛行航線固定，運(yùn)行費(fèi)用低廉 每一架無(wú)人機(jī)均能夠以人工設(shè)定的方式來(lái)執(zhí)行提前設(shè)定的程序，在完成工作的過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)比較精準(zhǔn)的高度、角度和飛行模式，這在林業(yè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中實(shí)用性較強(qiáng)，特別對(duì)于一些自然條件或人為因素造成環(huán)境改變的地區(qū)，可以取得較好的監(jiān)測(cè)成效。一方面，為獲得更加精準(zhǔn)的影像信息，飛行高度較低，加之我國(guó)對(duì)于低空航行規(guī)制較少，所以說(shuō)在林業(yè)發(fā)展中無(wú)人機(jī)并無(wú)障礙。另一方面，無(wú)人機(jī)的運(yùn)行管控單一，無(wú)須諸多的人員、設(shè)備來(lái)養(yǎng)護(hù)，并且運(yùn)行費(fèi)用低廉，養(yǎng)護(hù)也比較便捷，使無(wú)人機(jī)的效能得到最大化發(fā)揮。

2 無(wú)人機(jī)在森林資源管理中的應(yīng)用

2.1 造林面積核查

造林面積指標(biāo)是森林資源是否保持均衡發(fā)展的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行核查的目的是為林業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。通過(guò)無(wú)人機(jī)的低空飛行，獲取高清正射遙感影像數(shù)據(jù)，可以對(duì)造林面積、造林株數(shù)等資料以數(shù)字化的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，為營(yíng)造林工程部署決策和補(bǔ)植補(bǔ)造提供參考依據(jù)(圖2)。

圖2 造林作業(yè)區(qū)無(wú)人機(jī)低空航拍圖

2.2 森林資源調(diào)查

森林資源調(diào)查是以林地、林木及林區(qū)范圍內(nèi)生長(zhǎng)的動(dòng)植物及其環(huán)境條件，以及林業(yè)用地的變化和林地面積的關(guān)系等為對(duì)象開展的林業(yè)調(diào)查，采集關(guān)于林木質(zhì)量、數(shù)量及其具體分布，具體包括一類調(diào)查、二類調(diào)查和三類調(diào)查，分別對(duì)應(yīng)全國(guó)森林資源清查、規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查及作業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)查。通過(guò)森林資源調(diào)查，為政府部門制訂及調(diào)整林業(yè)政策，從而不斷提高林業(yè)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)率提供指導(dǎo)作用。森林資源調(diào)查目前主要通過(guò)衛(wèi)星遙感判讀等方式進(jìn)行，但由于資源調(diào)查工作量大，目前還遠(yuǎn)不能滿足調(diào)查需求。而無(wú)人機(jī)的引入可以依托其靈活、迅速、機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)確保影像的清晰。

圖3 林地正射影像圖

圖3為借助無(wú)人機(jī)拍到的某區(qū)域林地的鳥瞰圖，通過(guò)內(nèi)業(yè)人員的軟件處理后即可掌握地類、林種、面積、優(yōu)勢(shì)樹種等信息。

2.3 森林防火救災(zāi)

以往通過(guò)人工方式難以判斷森林火情，且消防器材難以抵達(dá)，效率比較低，容易造成人員傷亡。通過(guò)無(wú)人機(jī)巡航，尤其是在山岳、峽谷、溝壑等復(fù)雜條件下，借助其所搭載的高清照相機(jī)和紅外相機(jī)等部件以及煙霧識(shí)別模塊等第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并掌握火情，從而為森林消防人員快速控制火情提供參考依據(jù)。

2.4 林業(yè)執(zhí)法管理

林木資源是重要的經(jīng)濟(jì)資源，由于森林腹地地廣人稀和經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使，個(gè)別人存在非法占用林地、亂砍濫伐等違法、犯罪行為，破壞了林業(yè)資源和生態(tài)平衡，必須嚴(yán)厲打擊。依托無(wú)人機(jī)技術(shù)聯(lián)合執(zhí)法，可以有效解決林業(yè)違法行為不易發(fā)現(xiàn)且處理效率低下的弊端，準(zhǔn)確定位違法行為，并通過(guò)精準(zhǔn)航拍確定違法地點(diǎn)和違法造成的森林資源面積和經(jīng)濟(jì)損失等信息，為林業(yè)執(zhí)法提供強(qiáng)有力的證據(jù)。

2.5 森林病蟲害監(jiān)測(cè)防治

目前，我國(guó)常見的森林病蟲害防治方式有昆蟲網(wǎng)誘捕、噴灑農(nóng)藥等，弊端在于：一是效率比較低，二是防治效果有限，三是農(nóng)藥對(duì)人體有害。通過(guò)無(wú)人機(jī)的紅外成像、多光譜等功能或構(gòu)造，依據(jù)預(yù)設(shè)航線對(duì)森林病蟲害發(fā)生情況進(jìn)行定期巡檢，有效定位發(fā)生地點(diǎn)或者利用無(wú)人機(jī)輔助噴灑農(nóng)藥，為實(shí)現(xiàn)病蟲害防治部門采取精準(zhǔn)、及時(shí)、高效的防治措施提供參考依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

使用無(wú)人機(jī)技術(shù)對(duì)林業(yè)資源管理進(jìn)行高清影像數(shù)據(jù)采集或開展輔助管理，是當(dāng)前林業(yè)資源監(jiān)測(cè)規(guī)劃的重要發(fā)展趨勢(shì)。目前，無(wú)人機(jī)技術(shù)在林業(yè)資源核查、防火防蟲防災(zāi)、林業(yè)執(zhí)法管理等實(shí)踐中得到了一定應(yīng)用，符合當(dāng)代高效率的管理模式。因此決策部門和林業(yè)資源具體管理部門應(yīng)充分重視無(wú)人機(jī)對(duì)于林業(yè)發(fā)展的重要性，通過(guò)制度建設(shè)和政策引導(dǎo)，努力克服無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的不足，不斷提升新技術(shù)在林業(yè)資源管中的應(yīng)用效果，為林業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。