無(wú)人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的運(yùn)用實(shí)踐

張光輝

（江西省會(huì)昌縣專業(yè)森林消防隊(duì)，江西會(huì)昌 342600）

近年來，世界自然環(huán)境惡化，林業(yè)資源日益受到重視。人類賴以生存的重要自然資源為人類提供了新鮮空氣，對(duì)地球生態(tài)多樣性作出了重要貢獻(xiàn)。但是，林業(yè)資源調(diào)查監(jiān)測(cè)工作中，無(wú)論人工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，還是定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，都存在著成本高、效率低、時(shí)效性和靈活性差等問題。為了進(jìn)一步提高林業(yè)調(diào)查工作的效率，有必要發(fā)展新的監(jiān)測(cè)手段。近年來，無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展為林業(yè)監(jiān)測(cè)帶來了良好效果。隨著理論研究和實(shí)際應(yīng)用的深入，無(wú)人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的作用將會(huì)越來越明顯。

1 林用無(wú)人機(jī)

1.1 林用無(wú)人機(jī)的基本概念 無(wú)人機(jī)來自軍事領(lǐng)域，逐漸擴(kuò)展到民用領(lǐng)域。無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)是體積小，靈活性好，成本低，機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)。無(wú)人機(jī)在林業(yè)中的應(yīng)用時(shí)間雖短，但已迅速發(fā)展成為專業(yè)林用無(wú)人機(jī)。按無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)和飛行方式可分為固定翼和多旋翼。無(wú)人機(jī)操作簡(jiǎn)單，無(wú)需經(jīng)驗(yàn)豐富的操作者。另外，無(wú)人機(jī)在巡航速度和有效覆蓋范圍上具有明顯優(yōu)勢(shì)，適合對(duì)大面積林區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是由于技術(shù)復(fù)雜，無(wú)法實(shí)現(xiàn)旋翼槳葉自動(dòng)控制和垂直起降等復(fù)雜功能，限制了其應(yīng)用。多旋翼無(wú)人機(jī)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電機(jī)技術(shù)和MEMS技術(shù)的不斷發(fā)展，在技術(shù)上有突破，并表現(xiàn)出高度的靈活性、操作簡(jiǎn)便性和智能化，是無(wú)人機(jī)未來發(fā)展新的方向[1]。

1.2 林用無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì) 在傳統(tǒng)林業(yè)監(jiān)測(cè)中，通常采用人工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、定點(diǎn)監(jiān)測(cè)和航空航天影像監(jiān)測(cè)等方法，勞動(dòng)力成本過高，覆蓋面不夠。人工監(jiān)測(cè)的固定路徑只能監(jiān)測(cè)該路徑附近的林業(yè)狀況，對(duì)某些環(huán)境惡劣的林業(yè)地區(qū)，監(jiān)測(cè)不全面。定點(diǎn)監(jiān)督只能監(jiān)督部分的林業(yè)狀況，監(jiān)督的靈活性差，容易形成監(jiān)督盲區(qū)，無(wú)法提供全面監(jiān)督。相對(duì)于傳統(tǒng)的控制手段，無(wú)人機(jī)在林業(yè)監(jiān)測(cè)管理中的應(yīng)用是對(duì)林業(yè)管理的重要補(bǔ)充和支持。林業(yè)無(wú)人機(jī)具有高分辨率、高機(jī)動(dòng)、環(huán)保、易操作等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于各種林業(yè)信息監(jiān)測(cè)任務(wù)中，發(fā)揮著越來越重要的作用[2-3]。

1.3 林業(yè)無(wú)人機(jī)的關(guān)鍵技術(shù) 林業(yè)無(wú)人機(jī)可攜帶多種空氣保護(hù)傳感器，包括可見光傳感器、多光譜傳感器、紅外傳感器以及激光雷達(dá)等，可以有效保障林業(yè)監(jiān)測(cè)的精確度和可靠性。目前，許多傳感器的核心技術(shù)都取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，可實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)對(duì)林業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2 無(wú)人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)

2.1 調(diào)查結(jié)果更為全面 利用遙感技術(shù)和全球定位系統(tǒng)跟蹤技術(shù)，林業(yè)無(wú)人機(jī)可以深入林業(yè)深處，將探測(cè)到的位置圖像信息清晰地呈現(xiàn)給研究人員，并將采集到的信息集成到三維模型中，使研究人員能夠更清楚地了解被測(cè)物體的環(huán)境信息。舉例來說，無(wú)人機(jī)可以通過旋轉(zhuǎn)覆蓋區(qū)域的不同角度、高度和地面條件，并將信息返回給操作者，對(duì)該區(qū)域的林業(yè)資源進(jìn)行調(diào)查，操作者再使用地理信息系統(tǒng)軟件生成被調(diào)查區(qū)域的等高線和階梯級(jí)信息，為調(diào)查人員實(shí)地考察提供相關(guān)信息。

2.2 空間分辨率高，反應(yīng)速度較快 林業(yè)調(diào)查以遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以感知林業(yè)分布為依據(jù)。無(wú)人機(jī)全球定位系統(tǒng)能夠捕獲該地區(qū)的地面信息，從而在測(cè)量范圍內(nèi)獲得林業(yè)信息并發(fā)送到計(jì)算機(jī)設(shè)備，操作者可以對(duì)無(wú)人機(jī)返回的圖像進(jìn)行建模和分析。

3 無(wú)人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用

3.1 林業(yè)病蟲害監(jiān)測(cè) 林業(yè)病蟲害監(jiān)測(cè)是林業(yè)調(diào)查的重要內(nèi)容。在有病蟲害的林區(qū)，植株外形特征如冠形、色澤、密度等將發(fā)生明顯變化，可利用無(wú)人機(jī)圖像進(jìn)行精確識(shí)別，比如橡葉在被橡樹甲蟲破壞后會(huì)大量脫落。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于遙感的航空影像數(shù)字化處理方法。該方法具有時(shí)空連續(xù)性、監(jiān)測(cè)精度最優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)，可用于后續(xù)的具體分析。當(dāng)前，無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)在林業(yè)病蟲害監(jiān)測(cè)控制中已逐步發(fā)揮了不可替代的作用，尤其是無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái)與專家解釋系統(tǒng)的結(jié)合，更能達(dá)到有效防治的目的，實(shí)現(xiàn)了對(duì)林業(yè)病蟲害的有效控制[4]。

3.2 林業(yè)防火監(jiān)測(cè) 在中國(guó)，林業(yè)火災(zāi)頻繁發(fā)生。林火每年發(fā)生1萬(wàn)起，造成的損失也十分嚴(yán)重，所以對(duì)林業(yè)火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有十分重要的意義。事故性、突發(fā)性林業(yè)火災(zāi)的發(fā)生會(huì)帶來嚴(yán)重的后果，但是傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，無(wú)法及時(shí)捕捉火情。而無(wú)人機(jī)監(jiān)控技術(shù)可彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)控方法的不足，實(shí)現(xiàn)精確撲滅。此外，無(wú)人機(jī)平臺(tái)上的專用傳感器可對(duì)林業(yè)火災(zāi)的概率和危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)早期防火。

3.3 野生動(dòng)植物與林業(yè)資源的調(diào)查 無(wú)人機(jī)可拍攝有高分辨率的影像，用于調(diào)查野生動(dòng)物及林業(yè)資源，是各國(guó)林業(yè)工作者的首選。利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)林業(yè)動(dòng)物進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，有助于給研究者提供有價(jià)值的信息，如目標(biāo)種群的大小和結(jié)構(gòu)、活動(dòng)周期和個(gè)體水平。還可以利用無(wú)人機(jī)的最新數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源調(diào)查，及時(shí)掌握林業(yè)資源狀況，幫助林業(yè)工作者更好地作出決策，提高林業(yè)工作水平。

4 無(wú)人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用實(shí)踐

利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行林業(yè)調(diào)查，可獲得調(diào)查區(qū)域林業(yè)面積的生物量信息。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可用于林業(yè)研究、林業(yè)綜合研究、樹木直徑和樹木大小分析，另外，根據(jù)無(wú)人機(jī)拍攝的單棵樹木圖像以及樹冠面積，可以提取出單棵樹木信息，用于分析樹木直徑和大小，預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)類似樹木的數(shù)量。另外，無(wú)人機(jī)具有較高的空間分辨率，可以為研究者提供更為詳細(xì)和清晰的區(qū)域信息。

利用無(wú)人機(jī)技術(shù)可以保證林業(yè)面積、樹種面積顯示清楚，并且可以明確林業(yè)類型、樹種和材積，核實(shí)林地面積。無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于林業(yè)調(diào)查，能找到并反映界面狀況的圖像可以大大解放人力物力，澄清林業(yè)調(diào)查結(jié)果并提高調(diào)查效率[5]。

利用無(wú)人機(jī)技術(shù)可以監(jiān)測(cè)林業(yè)資源，防止林火。林業(yè)資源保護(hù)工作中，最難控制的就是火災(zāi)。將無(wú)人機(jī)用于林業(yè)監(jiān)測(cè)，不僅降低了監(jiān)測(cè)成本，而且具有體積小、靈活性強(qiáng)、快速響應(yīng)和快速反饋的特點(diǎn)，應(yīng)用于大面積林區(qū)的林業(yè)防火，在預(yù)防林業(yè)火災(zāi)方面發(fā)揮了良好作用。

5 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)技術(shù)在林業(yè)調(diào)查方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)調(diào)查能夠自動(dòng)處理林業(yè)信息，并對(duì)調(diào)查信息進(jìn)行分類和排序；可以擴(kuò)大林業(yè)調(diào)查的范圍，更快地獲取信息，使林業(yè)研究更加高效、簡(jiǎn)便。