無人機在林業(yè)災(zāi)害監(jiān)測及林業(yè)攝影測量中的應(yīng)用

劉 建

（山東省濟南市萊蕪區(qū)園林綠化和林業(yè)發(fā)展中心，山東 濟南 271100）

近些年，電子無線電控制技術(shù)不斷發(fā)展，GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術(shù)逐漸成熟，無人機行業(yè)也得到了極大的發(fā)展，無人機因其便捷、高效以及安全可靠的特點被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、電力、影視航拍、地質(zhì)勘察以及林業(yè)等各個領(lǐng)域。其中林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用包括森林測繪、林業(yè)災(zāi)害監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境以及森林資源調(diào)查等方面。本文主要從林業(yè)災(zāi)害監(jiān)測以及林業(yè)攝影測量這兩個方面談無人機的應(yīng)用。

1 無人機技術(shù)特點

無人機技術(shù)是依靠無人機飛行器配合數(shù)字遙感設(shè)備實時不間斷監(jiān)測以獲取遙感空間信息的技術(shù)手段。同傳統(tǒng)衛(wèi)星與有人機相較，無人機技術(shù)在遙感測繪中表現(xiàn)更為突出，不僅圖像更為清晰，機動靈活性高，而且成本低、操作便捷，可獲得實時性數(shù)據(jù)。

2 無人機技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢

無人機技術(shù)在采集數(shù)據(jù)信息方面更快捷、全面，而且所獲信息精準度更高，很大程度減少人力物力投入，將無人機技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析等相結(jié)合，可有效提升林業(yè)管理效率與智能化水平。具體來說無人機技術(shù)應(yīng)用于林業(yè)領(lǐng)域具有以下優(yōu)點。

操作便利：無人機技術(shù)適用范圍廣，多種類型數(shù)據(jù)采集場景都可應(yīng)用無人機技術(shù)，相較于傳統(tǒng)技術(shù)，該技術(shù)操作更為便捷，能更快更準地獲取林業(yè)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)精確：無人機工作位置處于云層下，不會出現(xiàn)云朵遮擋影響拍攝圖像的情況，并且在惡劣天氣也能正常工作，受環(huán)境影響較小，確保了收集數(shù)據(jù)信息的準確性。

成本低：無人機技術(shù)無需專門場地放置，在衛(wèi)星發(fā)射、租賃方面無需資金投入，操作便捷，很大程度上降低了成本投入。

空間分辨率高：無人機起飛高度相對較低，因而離目標距離更近，能夠有效避免太陽視角、陰影等因素降低圖像質(zhì)量，相較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取方式，空間分辨率更高。

3 無人機在林業(yè)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 在森林火災(zāi)中的應(yīng)用

森林火災(zāi)對森林的破壞是巨大的，一旦發(fā)生，很難及時撲救，在生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟以及人員方面造成巨大損失，因而，火災(zāi)預(yù)警防范也成為林業(yè)工作的一項重要內(nèi)容。森林防火工作以往多依靠相關(guān)工作人員巡邏，在工作效率與質(zhì)量上都相對較差。而無人機技術(shù)能夠?qū)崟r快捷不間斷獲取數(shù)據(jù)，同傳統(tǒng)防火方式相較，能夠做到發(fā)現(xiàn)預(yù)警以及撲救的及時性，在應(yīng)對突發(fā)事件方面表現(xiàn)非常突出。首先，在監(jiān)測方面，借助無人機技術(shù)，無人機在飛行過程中，借助拍攝與熱成像技術(shù)，實時監(jiān)測且不間斷傳輸監(jiān)測到的信息，一旦發(fā)生火災(zāi)，便于在第一時間發(fā)現(xiàn)，及時確定火災(zāi)起火點與范圍等實際情況，為工作人員及時撲救與針對性處理創(chuàng)造便利。其次，一旦火災(zāi)發(fā)生，無需傳統(tǒng)方式那樣需要人員到場監(jiān)測火災(zāi)情況，借助無人機便能獲得即時的信息，便于工作人員及時準確對火情進行判斷，是否需要求助如何實施消防工作，是否需要組織人員轉(zhuǎn)移等，為被困人員營救以及國家財產(chǎn)搶救節(jié)約更多時間，盡可能減少火災(zāi)損失。此外，火災(zāi)撲救危險性較高，借助無人機還能及時輸送相關(guān)物資設(shè)備輔助消防救災(zāi)工作。

3.2 林業(yè)病蟲害防治中的應(yīng)用

病蟲害對森林的危害巨大，因而病蟲害管理防治是林業(yè)管理的重中之重，良好的管理防治工作能有效改善林業(yè)植株的生存環(huán)境與生活質(zhì)量，保障林業(yè)生產(chǎn)生態(tài)與經(jīng)濟效益的實現(xiàn)。無人機技術(shù)在林業(yè)病蟲害防治中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下四個方面。

航拍監(jiān)控：在林業(yè)管理工作中，病蟲害管理和防治是基于病蟲害發(fā)生監(jiān)測情況進行的，這樣比人工監(jiān)測預(yù)警更具及時性。在實際林業(yè)病蟲害監(jiān)控工作中，應(yīng)用無人機技術(shù)進行林業(yè)病蟲害的航拍監(jiān)控，很好避免人工監(jiān)測受交通、地形、氣候以及精力等因素造成工作效率低，工作質(zhì)量難以保證的情況。無人機技術(shù)受地形氣候等外在因素影響較小，可航拍監(jiān)控森林植株生長情況，實時監(jiān)測病蟲害情況，工作人員可通過無人機監(jiān)控到的信息分析病蟲害發(fā)生情況，進而找出規(guī)律有的放矢制定防治方案，及時控制防止其擴散，最大程度降低損失。

制定防治方案：林業(yè)病蟲害防治工作具有系統(tǒng)性，在航拍監(jiān)控實時監(jiān)測到病蟲害信息后，需要通過無人機繼續(xù)跟進病蟲害發(fā)生情況，借助傳輸回的信息數(shù)據(jù)及時判斷引發(fā)病蟲害的害蟲種類。病蟲害發(fā)生的區(qū)域以及范圍，程度、區(qū)域不同治理方式也存在差異，工作人員根據(jù)獲取的監(jiān)測信息結(jié)合林業(yè)區(qū)域程度采取針對性的防治方案，之后統(tǒng)籌安排人員處理。

防治病蟲害：在防治方案制定后，還可借助無人機開展下一步的具體防治工作，憑借無人機的優(yōu)勢，可對地勢險峻地區(qū)在內(nèi)的整個病蟲害區(qū)域?qū)嵤┧幬飮姙ⅰo人機藥物噴灑具有兩個優(yōu)勢：一是減少人力投入，一方面，無人機噴灑藥物使得人員無需直接接觸藥物，保護了工作人員的安全；另一方面采用無人機作業(yè)一定程度減少了人力成本的投入。二是藥物噴灑效果好，無人機工作中可隨時調(diào)控高度，其旋翼產(chǎn)生氣流可加深穿透，這使得藥物可以均勻噴灑，避免不必要的水和藥物的浪費，大幅度節(jié)約了藥物和水等方面的資源。需要注意的是，為了更好地發(fā)揮無人機在林業(yè)中的應(yīng)用價值，必要時需要對相關(guān)林業(yè)工作人員進行培訓(xùn)，以提高其操作水平，完美發(fā)揮無人機在林業(yè)管理中的作用。

4 無人機在林業(yè)攝影測量中的應(yīng)用

4.1 無人機攝影測量技術(shù)

無人機技術(shù)機動靈活且操作便捷，在林業(yè)測繪中應(yīng)用效果較好。一方面，無人機自動化與靈活性高，保證了工作人員的安全，適用于多種環(huán)境的林業(yè)測繪任務(wù)，甚至危險環(huán)境下也可以正常作業(yè)；另一方面，無人機監(jiān)測數(shù)據(jù)不僅實時不間斷，而且影像數(shù)據(jù)精確度高。無人機攝影測量在林業(yè)應(yīng)用中多采用二維正射影像。包括兩個方面：一是外業(yè)工作，主要是數(shù)據(jù)采集，進入測量現(xiàn)場后先勘查現(xiàn)場，結(jié)合現(xiàn)場情況在測量范圍內(nèi)對無人機測量清晰度以及航線等相關(guān)內(nèi)容進行設(shè)置，之后無人機按照設(shè)定好的內(nèi)容開始攝影測量工作。二是內(nèi)業(yè)工作，相較于外業(yè)工作，內(nèi)業(yè)工作復(fù)雜度更高，側(cè)重于數(shù)據(jù)處理，將無人機采集到的圖像通過電腦軟件處理合并后導(dǎo)入控制點并對類型、相關(guān)參數(shù)等進行設(shè)置，將經(jīng)過這一系列操作后將獲得高清柵格文件導(dǎo)入地理系統(tǒng)，通過地理系統(tǒng)中的高清影響，可以了解林分情況以及該區(qū)域內(nèi)任意位置的坐標、長度以及面積等方面的精確信息。

4.2 林業(yè)無人機攝影測量的實際應(yīng)用

森林面積測量：傳統(tǒng)的森林面積測量有3種方法。一是GPS測量，具有操作便捷效率高的優(yōu)勢，借助GPS定位儀定位，再通過計算得出所測區(qū)域面積，然而受地形因素影響，并且需要工作人員繞測區(qū)操作。二是羅盤測量，數(shù)據(jù)精度高，可通過羅盤側(cè)導(dǎo)線來測量面積，無法獲取所測區(qū)域坐標信息，在計算森林破壞面積方面作用有限。三是可視化制圖，相關(guān)工作人員需具備較高的技能與操作水平，觀察地形位置繪制邊界，之后借助儀器工具（方格紙、正交儀等）計算得出面積，在控制與數(shù)據(jù)精度方面表現(xiàn)較差。這3種方法各有優(yōu)點，又具有一定局限性。采用無人機測量森林面積，則能較好地避免這3種方法的不足，無人機可獲取測量區(qū)域高清影像數(shù)據(jù)，在不同環(huán)境、氣候條件下都能正常工作，還能獲取區(qū)域坐標信息，為工作人員計算面積制定方案提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

數(shù)字攝影測量：數(shù)字攝影測量主要基于林業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，依托無人機攝影測量技術(shù)，構(gòu)建模型并提取出樹高、株數(shù)等林分因子，同實測數(shù)據(jù)作對比以檢驗數(shù)據(jù)的準確性與可信度。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，采用無人機航空攝影測量對立木模型進行構(gòu)建對其高度進行測量，較實測數(shù)據(jù)能獲得更高的精確度。無人機航空攝影測量除了單一使用外，還可與雷達技術(shù)相結(jié)合，由于雷達在林下地形數(shù)據(jù)獲取方面具有較大優(yōu)勢，兩者結(jié)合可以監(jiān)測到冠層表面高度數(shù)據(jù)。由此可見，林業(yè)中應(yīng)用無人機攝影測量技術(shù)，能夠獲取更為詳細的林業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)。

綜上所述，無人機技術(shù)應(yīng)用日趨廣泛，在許多領(lǐng)域都發(fā)揮了重要作用，如林業(yè)災(zāi)害監(jiān)測與攝影測量，相較傳統(tǒng)工作方式。無人機技術(shù)受交通、地形條件以及氣候等因素影響較小，既保障了工作人員的安全，又能夠獲取精度高的即時數(shù)據(jù)。在今后的林業(yè)應(yīng)用中，需要進一步發(fā)揮無人機技術(shù)的價值，提高林業(yè)工作效率與質(zhì)量。