無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在林草資源調(diào)查中的應(yīng)用探究

張耀宏

摘要 隨著無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)獲取精度的不斷提高，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。尤其無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在林草資源調(diào)查中的應(yīng)用普及化，提高了林草資源的調(diào)查效率?；诖耍治雠c探討了林草資源調(diào)查中無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用及實(shí)踐。

關(guān)鍵詞 林草資源調(diào)查;無(wú)人機(jī)遙感技術(shù);應(yīng)用及實(shí)踐

中圖分類號(hào)：S771.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）10–0115–02

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，高新技術(shù)不斷創(chuàng)新，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)也在不斷完善。在林草資源研究的過(guò)程中，使用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以全方位監(jiān)管林草資源，減少人為因素的干擾，確保工人的安全。尤其在發(fā)生火災(zāi)的情況下，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用能夠快速定位發(fā)生火災(zāi)事故的區(qū)域，及時(shí)監(jiān)控受災(zāi)區(qū)域的情況，避免造成更大損失。因此，高度重視無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用，并不斷開拓設(shè)計(jì)與應(yīng)用方向，能為林草資源的研究與實(shí)踐提供更堅(jiān)實(shí)的保障。

1 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在林草資源調(diào)查中的應(yīng)用價(jià)值

開展林草資源調(diào)查研究能夠有效了解綠色植物的覆蓋率和山林的蓄水能力，有效地完成林草資源開發(fā)設(shè)計(jì)，全面開展生態(tài)文明建設(shè)。但在具體實(shí)踐調(diào)查中，山地森林總面積極大，自然環(huán)境十分復(fù)雜，給研究人員的工作帶來(lái)了很大的困難。因此，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于解決上述類似問(wèn)題便顯得意義重大。目前，我國(guó)正逐步重視無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用，并為此開展林草資源調(diào)查。使用特種機(jī)器人可以有效掌握林草資源的轉(zhuǎn)化情況，信息內(nèi)容會(huì)更加客觀、準(zhǔn)確。在山地森林調(diào)查中，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)還可以檢測(cè)山地森林中綠色植物的遮蔽狀況，減少人為觀測(cè)的偏差。同時(shí)，借助無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以即時(shí)反饋數(shù)據(jù)信息，為林草業(yè)從業(yè)人員提供詳細(xì)的資料，極大地提高了相關(guān)部門的工作效率[1]。

2 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的基本概述

無(wú)人機(jī)遙感指利用先進(jìn)的無(wú)人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測(cè)遙控技術(shù)、通信技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化和專用化快速獲取國(guó)土資源、自然環(huán)境、地震災(zāi)區(qū)等空間遙感信息，且完成遙感數(shù)據(jù)處理、建模和應(yīng)用分析的技術(shù)。

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)有2個(gè)特點(diǎn)。第一，能夠進(jìn)行自動(dòng)化處理，根據(jù)無(wú)人機(jī)采集的地理信息讀取數(shù)據(jù)信息內(nèi)容，能夠自動(dòng)讀取與刪選數(shù)據(jù)信息，提高數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。在進(jìn)行航拍時(shí)，只需要在操作器上操作GPS通信系統(tǒng)，相關(guān)實(shí)際操作人員就可以集成GPS系統(tǒng)，并將采集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為易于閱讀的數(shù)據(jù)，獲得實(shí)體模型的數(shù)據(jù)信息[2]。第二，反應(yīng)速度快。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能快速收集和解析數(shù)據(jù)信息，只需要幾分鐘即可獲取數(shù)據(jù)高程實(shí)體模型的數(shù)據(jù)信息。

3 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在林草資源調(diào)查中的具體應(yīng)用

3.1 全面勘察和檢測(cè)

傳統(tǒng)的林草業(yè)資源調(diào)查主要以人力資源為主，研究人員需要實(shí)際調(diào)查林地類型、綠色植物、保護(hù)區(qū)等，勞動(dòng)量較大。而無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以根據(jù)熱紅外、多光譜儀等傳感器全方位掃描林草，并對(duì)搜集到的圖像與模型進(jìn)行緊密的結(jié)合，從而獲取科學(xué)的數(shù)據(jù)信息。在使用時(shí)，需要綜合考慮圖像和模型的外觀特征與紋理，并將此結(jié)果作為植物群落劃分的主要依據(jù)。此外，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)中的3D激光掃描儀技術(shù)正快速發(fā)展，其主要特點(diǎn)是效率高、易穿透，而無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可基于高光譜成像儀全面勘察林產(chǎn)業(yè)區(qū)，并將探測(cè)的內(nèi)容拍攝成影像資料，傳輸至道路運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái)，從而有助于優(yōu)化林草業(yè)資源配置[3]。如果在無(wú)人機(jī)上搭載雷達(dá)和中小型定位器，還可以全方位檢測(cè)林草資源的生長(zhǎng)狀態(tài)。

3.2 獲取生物量信息

借助無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能直接拍攝樹干遙感影像，還能全方位計(jì)算所調(diào)查的林地土壤的水分含量信息等。根據(jù)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)拍攝的超清圖像資料，可以監(jiān)測(cè)調(diào)查整片森林當(dāng)中的單棵樹的土壤水分含量，同時(shí)通過(guò)面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，還能夠了解到總的單個(gè)樹干的具體情況，依據(jù)地徑與樹干中的土壤含水量，可以估算出處理后的樹干土壤的含水量。傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感技術(shù)雖然也可以估算林地土壤含水量信息，但屏幕分辨率較低，勘測(cè)偏差很大，是無(wú)人機(jī)偏差的10倍以上。

此外，利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)還能夠通過(guò)可見(jiàn)光波獲取植物的種類和動(dòng)物的數(shù)量，這也是一種大面積估算林地中生物信息的一種方式方法。當(dāng)前，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在林草資源調(diào)查中的應(yīng)用已經(jīng)成為趨勢(shì)，利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)不僅可以獲得海量的生物數(shù)據(jù)信息資源，還可以與衛(wèi)星遙感相互協(xié)調(diào)，從而有效開展現(xiàn)階段林草資源調(diào)查工作。

3.3 森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)

在森林火災(zāi)發(fā)生概率較高的地區(qū)，應(yīng)用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以預(yù)防和檢測(cè)森林火災(zāi)，并進(jìn)行災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，無(wú)人機(jī)可以合理探測(cè)火點(diǎn)及其覆蓋區(qū)域，并立即發(fā)出警告，建立火點(diǎn)坐標(biāo)。可以借助無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)獲取RGB色彩空間遙感圖像，然后將森林火災(zāi)圖像轉(zhuǎn)換為實(shí)體影像，從而對(duì)災(zāi)情進(jìn)行判斷?？梢赃x擇徑向基函數(shù)作為向量機(jī)核函數(shù)識(shí)別火災(zāi)事故，識(shí)別精度高達(dá)87%[4]。

森林火災(zāi)突發(fā)性極強(qiáng)，破壞力超大，屬于是一種防范和救援時(shí)，困難較大的自然性災(zāi)害，相比于其他的自然災(zāi)害，會(huì)嚴(yán)重影響森林的生長(zhǎng)。在林草火災(zāi)事件中，因?yàn)槿藶椴簧饔没饘?dǎo)致的火災(zāi)約占比95%。同時(shí)，在林業(yè)經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)當(dāng)中，林業(yè)火情監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)十分關(guān)鍵的工作。救援人員可以精準(zhǔn)且快速地趕到現(xiàn)場(chǎng)，這是火情得以撲滅的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的森林火情監(jiān)測(cè)主要是采用人員巡護(hù)與衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的形式。因?yàn)槿斯ぱ沧o(hù)會(huì)受到降雨、云霧，以及地形帶來(lái)的影響，致使巡查的地域范圍相對(duì)較小，而且巡護(hù)的效率不高。此外，影響衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)的因素，主要是時(shí)間分辨率和遙感空間分辨率。衛(wèi)星過(guò)境的時(shí)間較為固定，影像獲取的周期較長(zhǎng)，難以有效識(shí)別早期的小面積火情，無(wú)法實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)區(qū)域的影像資料，不能更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

3.4 林草病蟲害監(jiān)測(cè)

林草病蟲害是對(duì)林木的健康生長(zhǎng)造成影響的重要因素，傳統(tǒng)的病蟲害監(jiān)測(cè)和防治，主要是通過(guò)人員實(shí)地調(diào)查的方式開展，調(diào)查的難度相對(duì)較大，工作強(qiáng)度較高，再受到復(fù)雜地形條件等因素，會(huì)影響調(diào)查的范圍和精度。近幾年，隨著將高光譜遙感技術(shù)應(yīng)用到病蟲害的監(jiān)測(cè)中，可以大范圍監(jiān)測(cè)植被病蟲害。但是，該項(xiàng)技術(shù)受衛(wèi)星平臺(tái)的影響，運(yùn)行周期會(huì)相對(duì)較長(zhǎng)，影像獲取的費(fèi)用也相對(duì)較高，進(jìn)而不同程度的影響了該項(xiàng)技術(shù)的推廣和應(yīng)用[5]。無(wú)人機(jī)通過(guò)可見(jiàn)光相機(jī)或是高光譜儀等設(shè)備的搭載，能夠預(yù)警和監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的松線蟲，以及其他的樹種病害。此外，應(yīng)用搭載的多波段成像傳感器的低空多旋翼無(wú)人飛行器研究柑橘黃龍病，通過(guò)分析530～900 nm波段數(shù)據(jù)與7個(gè)植被的指數(shù)數(shù)據(jù)，能夠精確地識(shí)別樹木黃龍病。同時(shí)，將無(wú)人機(jī)作為飛行的平臺(tái)，搭載雙光譜相機(jī)能獲得關(guān)于松樹病蟲害的遙感監(jiān)測(cè)影像，其掛載農(nóng)藥噴霧器防治樹木災(zāi)害。

3.5 在林草調(diào)查規(guī)范中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的林草資源調(diào)查中，關(guān)于界定林地的種類、樹種及蓄積量，核查營(yíng)造林等調(diào)查，都需要將人當(dāng)作調(diào)查的主體，并安排與之相對(duì)應(yīng)的調(diào)查對(duì)象，從而完成對(duì)實(shí)地的勘察。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)通過(guò)搭載高光譜成像儀，能靈活且高清的調(diào)查目標(biāo)區(qū)域，并提供各種所需要的遙感影像信息，為林草資源管理工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。利用微型無(wú)人機(jī)搭載激光雷達(dá)平臺(tái)，小型定位傳感器也可檢測(cè)林地的變化，并以無(wú)人機(jī)的航拍影像為基礎(chǔ)，有效融合相關(guān)的地理信息系統(tǒng)，開發(fā)一個(gè)新的林業(yè)資源調(diào)查系統(tǒng)，從而快速、精確地提取各種航拍影像信息，實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源調(diào)查工作的數(shù)字化、信息化。

4 結(jié)束語(yǔ)

在新時(shí)代背景下，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用在很多領(lǐng)域中，將其應(yīng)用在林草資源調(diào)查中也是大勢(shì)所趨。在林草資源調(diào)查中應(yīng)用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)不僅可以探測(cè)森林火災(zāi)，還可以評(píng)估山地和森林，對(duì)維護(hù)林草資源的可持續(xù)發(fā)展具有重要的實(shí)踐意義。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Application of UAV Remote Sensing Technology in Forest and Grass Resource Investigation

ZHANG Yao-hong （Northwest Survey， Planning and Design Institute of State Forestry and Grassland Administration， Xi’an， Shaanxi 710048）

Abstract With the rapid development of uav remote sensing technology and the continuous improvement of data acquisition accuracy， the application range is more and more extensive. Especially the popularization of uav remote sensing technology in the investigation of forest and grass resources improves the investigation efficiency of forest and grass resources. Based on this， this paper analyzed and discussed the application and practice of UAV remote sensing technology in forest and grass resource survey.

Key words Forest and grass resource survey; UAV remote sensing technology; Application and Practice