輕小型無人機在森林督查中的應(yīng)用

唐旭

（廣東省連山壯族瑤族自治縣市級自然保護區(qū)管理所，廣東清遠 513200）

0 引言

我國加大對森林資源的保護力度，在森林資源保護工作中，森林督查工作將作為一項重要的組成部分。各地區(qū)根據(jù)《國家林業(yè)局關(guān)于開展森林督查工作的通知》內(nèi)容，相應(yīng)的成立專門的森林督查工作機構(gòu)。林業(yè)主管部門在日常工作中，積極應(yīng)用輕小型無人機，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)督查核查工作模式，可以在較短的時間內(nèi)獲取較高精度的測量內(nèi)容，幫助林業(yè)主管部門及時準確的掌握森林情況，針對存在的問題開展管理工作，有效保護我國森林資源不受侵害。

1 無人機航空攝影測量方法

1.1 無人機工作攝影測量原理

使用輕小型無人機進行森林督查時，基于無人機工作攝像測量原理，在無人機上配置高清攝像設(shè)備，工作人員在控制地點操作無人機，使無人機飛至測量區(qū)域，在測量區(qū)域無人機會根據(jù)設(shè)定的航線開展測量工作。在測量過程中，無人機會向地面系統(tǒng)實時傳輸信息，使信息生成影像，將影像與原有的地面信息進行對比，用于糾正地面坐標，使系統(tǒng)記錄的地形地貌等信息更加貼近真實環(huán)境。

使用輕小型無人機進行森林督查外業(yè)核查工作，高清攝像設(shè)備會提高拍攝影像的分辨率，并且整個拍攝過程花費的時間較少，只需1～2 名工作人員即可完成督查外業(yè)工作，極大的降低督查工作成本，已成為森林督查外業(yè)核查工作工作應(yīng)用廣泛的技術(shù)之一。

1.2 無人機在森林督查外業(yè)核查工作中的技術(shù)步驟

1.2.1 前期內(nèi)業(yè)準備

前期內(nèi)業(yè)準備工作內(nèi)容如下：①了解外業(yè)核查區(qū)域內(nèi)的樹種以及天氣情況，盡量選擇晴朗并且無風(fēng)的環(huán)境中進行；②探測非法侵占林地區(qū)域時，工作人員應(yīng)事先規(guī)劃無人機的航行路線，并選擇性能與航線相匹配的無人機，保證外業(yè)核查工作順利進行的同時，還能掌握非法侵占林業(yè)資源的證據(jù)。

1.2.2 外業(yè)測繪調(diào)查

進入到外業(yè)測繪調(diào)查階段，工作按照既定的航線操作輕小型無人機，將輕小型無人機飛至控制點，在每個控制點拍攝影像，然后將影像傳輸至地面控制系統(tǒng)。如果在拍攝期間更改航線，應(yīng)在更改位置設(shè)置地面控制點，保證無人機飛至控制點，可以順利完成測量任務(wù)。

1.2.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

輕小型無人機實時拍攝的影像，會傳輸至地面控制系統(tǒng)，地面控制系統(tǒng)將影像輸入至圖像軟件中，通過處理生成可識別的影像。處理過程分為預(yù)處理、三角測量處理等，通過處理的圖像具有較高的分辨率。

1.2.4 成果報告編制

將生成的圖像與原有的地形地貌進行對比，標注出存在差異的地區(qū)，結(jié)合圖像調(diào)整的坐標，將調(diào)整的坐標用于糾正原有的地形地貌，然后將新的地形圖和存在差異的地形圖，編制成成果報告，交給林業(yè)執(zhí)法部門開展處罰工作。

1.3 無人機攝影測量應(yīng)用方法

1.3.1 地面像控點坐標采集

在森林督查外業(yè)核查工作中，在地面上建立準確的控制點，可以提高無人機采集林業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)的準確度?，F(xiàn)階段林業(yè)部門會采用全球定位實時動態(tài)系統(tǒng)，采集地面像控點坐標。輕小型無人機按照控制點，在設(shè)定的航線中開展測量工作，并配合使用GPS-RTK 技術(shù)，保證輕小型無人就可以飛至控制點坐標，在控制點坐標圈定的范圍內(nèi)進行測量。

1.3.2 攝影測量技術(shù)

森林督查外業(yè)核查工作主要用于測繪非法侵占林地和違法違規(guī)采伐林木的范圍，在測繪過程中使用正攝影測量技術(shù)，輕小型無人機將攝影機角度調(diào)整至垂直狀態(tài)，用于俯拍測量區(qū)域。在拍攝過程中，會實時記錄各項參數(shù)，包括高度參數(shù)、坐標參數(shù)、航向參數(shù)以及旁向重疊參數(shù)等，將上述參數(shù)進行整理后，可以生成拍攝圖像。工作人員在操作輕小型無人機拍攝時，一般將無人機的高度控制在距離地面250～260m 范圍內(nèi)，該范圍內(nèi)測量精度會在0.05m 以內(nèi)。

2 森林督查應(yīng)用實例

2.1 無人機攝影測量外業(yè)作業(yè)

無人機攝影測量技術(shù)適用于地勢復(fù)雜，且傳統(tǒng)模式無法調(diào)查的。以連山壯族瑤族自治縣森林督查外業(yè)核查工作為例，該地區(qū)地勢較高，境內(nèi)山巒重疊，山地屬中低山和丘陵地，全縣最高峰是北部的大霧山，海拔為1659.4m，最低點是南部的水下橋，海拔147m，海拔1000m 以上的山峰有48 座，其中海拔1400m 以上的有14 座，山高坡陡的地形對傳統(tǒng)的外業(yè)核查方式影響很大，大大的降低了森林督查的外業(yè)核查工作效率，近三年來連山壯族瑤族自治縣的森林督查核查圖斑年平均量為800 個左右。如果采用傳統(tǒng)模式的調(diào)查方法，需花費大量的人力物力才能完成森林督查圖斑的外業(yè)核查工作，因此，改變傳統(tǒng)模式的調(diào)查方法，引入無人機來開展森林督查工作就顯得十分重要。林業(yè)部門在開展森林督查工作時，使用輕小型無人機勘察管轄范圍內(nèi)出現(xiàn)的非法侵占林業(yè)資源的情況。在勘察過程中發(fā)現(xiàn)，一個非法礦山已經(jīng)侵占較多的林業(yè)資源，工作人員使用輕小型無人機進行空中測量，測量出礦山侵占林業(yè)資源的范圍，并將原有的地貌與拍攝圖像進行對比。在拍攝過程中使用大疆無人機，該無人機拍攝高度為255m，控制距離以及飛行時間滿足勘察要求。工作人員在勘察區(qū)域內(nèi)設(shè)置四個地面控制點，無人機飛至每個控制點后，借助GPS-RTK 技術(shù)獲取實時拍攝信息。

2.2 無人機攝影測量內(nèi)業(yè)處理

使用無人機采用正射影像方法獲取圖像信息，將信息輸入至圖片生成軟件，軟件繪制出實際地形，計算實際地形中侵占林業(yè)資源的面積。在生成的圖像中，使用ArcGIS 軟件繪制侵占面積，可以精準計算出別墅損壞林業(yè)資源的數(shù)量。

2.3 優(yōu)勢

在傳統(tǒng)的森林督查工作中，工作人員會使用GPS 技術(shù)進行測量，但是受到地形以及周圍植物等因素影響，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)與實際情況存在較大的差異。此外在傳統(tǒng)的工作模式中，工作人員需要進入到實地開展測量作業(yè)，實地環(huán)境工作條件錯綜復(fù)雜，測量工作效率會不斷降低。使用無人機航空攝影方法開展測量工作，可以在高空俯視測量區(qū)域，在較短的時間內(nèi)可以獲取較大范圍的測量數(shù)據(jù)，并且測量精度高于傳統(tǒng)測量方法，工作人員在固定的位置操控?zé)o人機即可進行地形測量，有效提高測量工作效率。

傳統(tǒng)測量與無人機測量進行對比，對比內(nèi)容分為六項：①地面像控點。傳統(tǒng)測量采用布設(shè)控制網(wǎng)的方法，需要4 個人花費2d完成，無人機測量采用布設(shè)控制點的方法，需要1 人0.5d 完成。通過對比發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)測量進行布設(shè)控制網(wǎng)時，投入的人力和時間要多于無人機測量；②測量精度。傳統(tǒng)測量精度為0.1m，無人機測量精度為0.05m。通過對比說明無人機可以獲取更高的測量精度；③數(shù)據(jù)成果。傳統(tǒng)測量為DLG，無人機測量為正射影像，通過對比說明傳統(tǒng)測量成果，需要工作人員具備較高的專業(yè)測量能力，無人機測量成果體現(xiàn)出直觀性特點，可以使工作人員看懂測量成果；④人員安全。傳統(tǒng)測量工作人員需要走到每一個地點，無人機測量工作人員在控制點即可完成測量工作。對比發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)測量花費的時間更多，并且存在較多的安全隱患；⑤工作人員。傳統(tǒng)測量需要4 名工作人員，無人機測量需要2 名工作人員。對比發(fā)現(xiàn)無人機工作人員更少，投入的人力成本更低；⑥工作時間。傳統(tǒng)測量需要6d，無人機測量需要3d。對比說明傳統(tǒng)測量工作時間多于無人機測量時間。

2.4 討論

在傳統(tǒng)的森林督查外業(yè)核查工作中，由于地形以及測量技術(shù)等因素的限制，在外業(yè)核查工作中需要較多的工作人員，并且花費較多的時間，在實際工作中還會出現(xiàn)安全事故。此外傳統(tǒng)的森林督查外業(yè)核查工作精度較低，無法全面精準地掌握森林資源發(fā)生的變化。

使用輕小型無人機開展森林督查外業(yè)核查工作，輕小型無人機操作簡單，在實際應(yīng)用中，工作人員在設(shè)定的控制點即可操作無人機，在操作中可以開展實時的督查工作，不會受到地形地貌等因素的影響，督查核查工作安全有效。此外輕小型無人機拍攝精度較高，實際工作中運行成本較低，十分適合森林督查外業(yè)核查工作。

在森林督查工作中應(yīng)用輕小型無人機，需要林業(yè)部門培養(yǎng)專業(yè)的無人機操作人員，要求每名無人機操作人員必須持有飛行證。此外我國應(yīng)盡快建立完善的法律體系，規(guī)范無人機的操作，避免出現(xiàn)使用無人機開展違法活動。

3 結(jié)語

綜上所述，在森林督查工作中應(yīng)用輕小型無人機，使傳統(tǒng)的森林督查工作方式發(fā)生變化，并且提高森林督查工作的效率和安全性，大大降低傳統(tǒng)森林督查工作的成本。此外輕小型無人機操作簡單方便，具有較高的分辨率，可以獲取高精度的圖片和影像，使森林督查工作質(zhì)量不斷提高，能夠及時發(fā)現(xiàn)并處罰出現(xiàn)非法侵占林業(yè)資源的情況。