無人機(jī)遙感技術(shù)在松材線蟲病監(jiān)測預(yù)防中的應(yīng)用及前景分析

閆 娜

(遼寧省朝陽市林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 朝陽 122000)

松材線蟲病是一種毀滅性流行病，在當(dāng)前世界森林病害類型中屬于最具危險性的一類病害，在我國被作為頭號林業(yè)疫情，一旦發(fā)生則對生態(tài)的危害達(dá)到重大級別[1]；松材線蟲病發(fā)生后表現(xiàn)出很強(qiáng)的致病能力、致死速度快、以多種途徑擴(kuò)散傳播、剛發(fā)病時監(jiān)測難以發(fā)現(xiàn)且不易防治，因此松材線蟲病的防治目前還屬于世界性難題，防治上還沒有高效、快捷、經(jīng)濟(jì)的方法。松樹感染后一般在病源侵入后40d后導(dǎo)致松樹死亡，松樹林發(fā)生松材線蟲病后如果防治不及時可在3-5年間導(dǎo)致整個松林的毀滅，因此被稱為松樹“癌癥”。因此做好松材線蟲病的監(jiān)測預(yù)防工作，做到及時發(fā)現(xiàn)及時處置，才能最大程度的降低對林區(qū)的損失。近些年出現(xiàn)的無人機(jī)遙感技術(shù)可以很好地實現(xiàn)該病的全面監(jiān)測，在松材線蟲病早期的預(yù)防中發(fā)揮著積極的作用，避免該病的擴(kuò)散蔓延呈現(xiàn)明顯效果[2，3]。

1 無人機(jī)遙感技術(shù)簡介

近些年我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較之前有了很大幅度的提高，一些新技術(shù)、新手段水平也相應(yīng)提高，無人機(jī)等技術(shù)的研發(fā)力度也逐漸加強(qiáng)，類型更加豐富、技術(shù)開發(fā)程度更加深入。目前無人機(jī)按照型號可以分為4類：大型、中型、小型、微型；按照動力水平可分為4類：燃油、混合動力、太陽能、燃料電池；按照機(jī)器自身結(jié)構(gòu)可分為2類，包括固定翼、旋翼。制作無人機(jī)的材料也在不斷更新。目前應(yīng)用較多的新材料包括玻璃纖維、碳纖維等，且該領(lǐng)域的研究還不斷深入，逐漸往更小體系、更低噪音方面發(fā)展，在推進(jìn)系統(tǒng)上積極探索新能源，以提高無人機(jī)的穩(wěn)定性、延長其工作的續(xù)航時間。目前我國無人機(jī)中應(yīng)用于數(shù)字航空測量領(lǐng)域的像素非常高，可以超過8000萬以上，獲得的照片精度非常高，包括彩色圖片、紅外圖片。近些年快速發(fā)展的無人機(jī)遙感技術(shù)與高壓縮比的圖像技術(shù)比較常見，遙感的數(shù)據(jù)也可以分為2類，包括地上處理、機(jī)上實時處理，前一類處理方式下需要地面上提前進(jìn)行數(shù)據(jù)接收站的建設(shè)，以接受無人機(jī)傳送的數(shù)據(jù)等資料信息，除此之外地面的接收站還可針對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正，后一類處理方式下可以對無人機(jī)中遙感圖像處理集成系統(tǒng)進(jìn)行利用，定位待測量的遙感圖形，可大幅度使遙感工作的效率得到提高。

2 無人機(jī)遙感技術(shù)在國內(nèi)松材線蟲病監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1 針對性選擇適合的無人機(jī)平臺

當(dāng)前我國的無人機(jī)平臺有3種，包括固定翼無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)、無人直升機(jī)，在松材線蟲監(jiān)測中應(yīng)用較多的為多旋翼無人機(jī)，一般對于民用用途來說，此平臺是首選平臺，操作難度小、成本相對不高，雖然只能在較短的時間內(nèi)進(jìn)行巡航作業(yè)，但是目前在松材線蟲病的監(jiān)測中應(yīng)用廣泛。對于確定好的監(jiān)測對象，通過利用無人機(jī)遙感技術(shù)即可獲取到圖像，之后通過綜合運算、減法運算、比值運算等運算方法增強(qiáng)圖像的清晰度、對比度等[2]。

除此之外，還要科學(xué)地選擇好數(shù)據(jù)處理平臺，目前各平臺中應(yīng)用最多的即為ArcGIS 平臺，屬于綜合性平臺，在信息處理方面具有很強(qiáng)的能力，系統(tǒng)兼容性強(qiáng)。結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)松材線蟲病監(jiān)測的實際，無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用主要有圖像分類法、目視判讀法。一是圖像分類法。此類方法即為對調(diào)查物的光譜特征進(jìn)行利用，結(jié)合判別函數(shù)、計算機(jī)算法等，按照性質(zhì)做好監(jiān)測圖像的分類，以便快速對圖像做出正確的判斷。二是目視判讀法。此類方法也有人工判讀法之稱，即為通過人工的方法判讀監(jiān)測獲得的遙感影像數(shù)據(jù)，并人工結(jié)合目標(biāo)物的特征進(jìn)行繪制，最終將監(jiān)測圖像中的有效信息提取出來。

2.2 結(jié)合松材線蟲病感病不同階段的特點實施光譜分析

松材線蟲病的監(jiān)測中目前推廣的無人機(jī)遙感技術(shù)中可以實現(xiàn)多光譜儀技術(shù)的推廣，將松樹林間的高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行清晰的獲取，并結(jié)合光譜特征分析的結(jié)果做出其目前正處于松材線蟲病發(fā)生在哪個階段的判斷。如在馬尾松林內(nèi)，運用無人機(jī)遙感技術(shù)，馬尾松樹的光譜明顯分布在紅光區(qū)、綠光區(qū)、近紅外區(qū)，且變化較為規(guī)律，因此通過分析獲得的光譜特征即可判斷林間是否發(fā)生了松材線蟲病的侵染以及發(fā)病的程度，又如在黑松林內(nèi)，利用不同波長的光可以有效地預(yù)測不同松樹的發(fā)病情況，包括發(fā)病的程度、重發(fā)的區(qū)域等。研究結(jié)果表明，通過無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用，通過593nm波長段光譜的應(yīng)用，可以在松材線蟲病剛發(fā)病時感知到早期的特征，進(jìn)而判斷松樹是否染病。每年的8-9月監(jiān)測松林內(nèi)松材線蟲病情況一般效果最好[2]。

2.3 無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)測松材線蟲病的情況分析

結(jié)合當(dāng)前我國無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用于松材線蟲病監(jiān)測的實際情況分析，某森林疫情的監(jiān)測選擇搭載了單反相機(jī)的小型無人機(jī)進(jìn)行工作，實際監(jiān)測工作中一般水平位置上變色立木誤差平均值在12.65m，識別松樹枯死情況，一般誤差率平均在17.79%，調(diào)查松樹變色立木數(shù)量情況，準(zhǔn)確率平均在93.78%。目前我國北方地區(qū)在松材線蟲病的監(jiān)測中通過無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用，取得了較好的預(yù)測目標(biāo)。通過無人機(jī)遙感技術(shù)，在大面積的松林內(nèi)進(jìn)行松材線蟲病的監(jiān)測也可以在短時間內(nèi)完成，可以有序地推進(jìn)松材線蟲病監(jiān)測工作的開展。監(jiān)測松材線蟲過程中，無人機(jī)遙感技術(shù)識別病害情況的方式還包括松材的紋理特征、顏色特征，結(jié)合監(jiān)測的結(jié)果做出健康程度的判斷，一般健康程度可分為3類，包括重度、中度、輕度。針對監(jiān)測中識別的染病松樹，相關(guān)人員及時開展銷毀等措施，對控制該病的擴(kuò)散蔓延比較有利[2]。

3 無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用于松材線蟲病防治中的前景分析

從多年來松材線蟲病發(fā)生的實際情況分析，松樹上一旦出現(xiàn)了松材線蟲病，則可快速擴(kuò)散，該病的蔓延可通過多種途徑，且發(fā)病周期短，其在松林內(nèi)發(fā)生后，可在較短時間導(dǎo)致松樹林地的面積快速降低，導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)及生態(tài)損失[1]。當(dāng)前我國松樹適合生長的區(qū)域包括東北地區(qū)、華東地區(qū)、華北地區(qū)、華南地區(qū)，松樹的分布范圍非常廣泛，將先進(jìn)無人機(jī)遙感技術(shù)加大力度應(yīng)用于松材線蟲病監(jiān)測的實際工作中，成為松樹分布區(qū)域林業(yè)工作者面臨的亟待解決的問題。當(dāng)前在松材線蟲病監(jiān)測中應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)一般分布范圍無法全面覆蓋，監(jiān)測點的分布一般為點狀，且多數(shù)還是采取人工的方式進(jìn)行監(jiān)測，相對落后，受到松樹分布地理環(huán)境及分布面積廣等多種因素的影響，人工監(jiān)測方法往往需要耗費大量的時間及精力，且監(jiān)測的結(jié)果還很大程度上受到監(jiān)測人員經(jīng)驗、責(zé)任心以及監(jiān)測時的環(huán)境條件等因素的影響，降低了監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。近些年無人機(jī)遙感技術(shù)的逐年推廣，可以實現(xiàn)松材線蟲病等林間病蟲害監(jiān)測的全覆蓋，快速實現(xiàn)多個角度、動態(tài)化、高效率監(jiān)測，盡早發(fā)現(xiàn)病情、及早做好防控。結(jié)合當(dāng)前無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用的實際效果，未來技術(shù)人員可在穩(wěn)定性、續(xù)航時間、平衡性等方面不斷提高性能，且在現(xiàn)有圖像獲取及處理能力的基礎(chǔ)上不斷實現(xiàn)進(jìn)一步提高，這就需要專業(yè)人員在遙感技術(shù)方面加大研究、繼續(xù)完善[4,5]。

4 結(jié)語

在監(jiān)測松材線蟲病時通過無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用可以盡早發(fā)現(xiàn)病情、針對性防控。首先要科學(xué)選擇無人機(jī)平臺類型，結(jié)合實際需求做好飛行高度、半徑等數(shù)據(jù)的調(diào)整，一般松材線蟲侵染松樹后可導(dǎo)致樹體的光譜特征發(fā)生變化，此種變化特征通過遙感技術(shù)即可被分析得出松樹是否感染松材線蟲病，且從光譜特征變化還可以分析出松材線蟲病感染的程度，從而為林業(yè)工作人員開展松材線蟲病的防控提供參考，及時針對染病的松材做好銷毀等處理，盡可能在短時間內(nèi)將病癥的擴(kuò)散蔓延趨勢控制住，確保健康松樹的可持續(xù)生長[6]。