無人機(jī)在林業(yè)有害生物監(jiān)測中的應(yīng)用探討

摘要：在現(xiàn)代林業(yè)管理中，監(jiān)測和控制有害生物是一項重要的工作內(nèi)容，其與森林健康和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性之間存在密切的聯(lián)系。傳統(tǒng)監(jiān)測方法往往昂貴且效率低下，無法及時發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對有害生物的擴(kuò)散。但是，隨著無人機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和應(yīng)用，特別是其在數(shù)據(jù)采集和空間監(jiān)測方面的優(yōu)勢，無人機(jī)在林業(yè)有害生物監(jiān)測中展示出了巨大的潛力?；诖?，文章對無人機(jī)在林業(yè)有害生物監(jiān)測中的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析和探究，旨在通過探究，能夠為相關(guān)工作的展開起到一定參考作用。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；林業(yè)；有害生物；監(jiān)測

在林業(yè)有害生物監(jiān)測過程中，運(yùn)用無人機(jī)不僅能夠高效快速地掃描大范圍的森林區(qū)域，其搭載的各種傳感器和攝像設(shè)備，還能夠?qū)崟r獲取高分辨率的圖像以及數(shù)據(jù)。通過匯總相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，不僅有助于及早發(fā)現(xiàn)有害生物的跡象，還可以幫助森林管理者進(jìn)行精確的定位和評估，從而制定有效的防控策略。當(dāng)前，無人機(jī)技術(shù)在林業(yè)有害生物監(jiān)測中的應(yīng)用已成為當(dāng)前研究的熱點問題。

1 無人機(jī)在林業(yè)有害生物監(jiān)測中的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 廣闊的覆蓋范圍和可及性

在進(jìn)行林業(yè)有害生物監(jiān)測時，利用無人機(jī)能夠飛越崎嶇地形和茂密植被林區(qū)的特性，使其進(jìn)入人類難以到達(dá)的區(qū)域，從而有效擴(kuò)大有害生物監(jiān)測的覆蓋范圍。這種能力使得無人機(jī)能夠發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測到在傳統(tǒng)方法中易被忽視的有害生物跡象。并且一些無人機(jī)搭載著高分辨率傳感器以及先進(jìn)成像技術(shù)，可以捕捉到細(xì)微的有害生物跡象，提高監(jiān)測的準(zhǔn)確性和及時性。這些技術(shù)能夠在不影響環(huán)境的前提下，精確地識別出有害生物的位置和擴(kuò)散情況。并且無人機(jī)具備快速部署和重新部署的能力，能夠根據(jù)監(jiān)測需求，迅速地調(diào)整飛行計劃和區(qū)域覆蓋，從而提高監(jiān)測作業(yè)的效率和頻率。這對于應(yīng)對突發(fā)的有害生物事件來說，能夠起到積極的促進(jìn)作用。

1.2 自動化和實時監(jiān)測

無人機(jī)配備了自主飛行和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測任務(wù)的自動化。該能力降低了對人力資源的需求，并且能夠大大降低監(jiān)測成本。無人機(jī)可以按照預(yù)設(shè)的飛行路線與參數(shù)，執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)，高效地完成監(jiān)測工作。并且搭載先進(jìn)傳感器和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的無人機(jī)可以實時傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行即時分析和處理。這種實時性使得監(jiān)測人員能夠迅速獲取有害生物入侵的信息和數(shù)據(jù)，提供及時的預(yù)警和響應(yīng)。由于無人機(jī)可以隨時部署和重新部署，監(jiān)測頻率得以顯著提高。在有害生物管理中，及時的監(jiān)測和響應(yīng)對于防止有害生物擴(kuò)散和減少損害至關(guān)重要，能夠極大增強(qiáng)管理人員對森林健康狀態(tài)的實時了解以及控制水平[1]。

1.3 高分辨率成像和數(shù)據(jù)收集

無人機(jī)搭載的高分辨率相機(jī)以及傳感器，可以較為詳細(xì)地捕捉森林覆蓋下的各種細(xì)微特征，及時發(fā)現(xiàn)各種有害生物如昆蟲、真菌和雜草的跡象，通過應(yīng)用，監(jiān)測人員即能夠精確識別和監(jiān)測有害生物的分布和活動，早期發(fā)現(xiàn)并做出預(yù)警。無人機(jī)收集的數(shù)據(jù)能夠與其他來源的信息（如遙感圖像和歷史數(shù)據(jù)）相結(jié)合，并進(jìn)行綜合分析。通過綜合分析，即能夠全面評估有害生物的分布情況以及變化趨勢，為制定針對性的防控策略提供科學(xué)依據(jù)。無人機(jī)數(shù)據(jù)的高分辨率和精度，加上實時數(shù)據(jù)傳輸和分析能力，大幅提升了監(jiān)測的準(zhǔn)確性和時效性。管理人員能夠更為及時地獲取有害生物的最新信息，快速采取有效的控制措施，最大限度地減少森林資源因有害生物而遭受的損失。

1.4 數(shù)據(jù)整合和共享

無人機(jī)收集的高分辨率數(shù)據(jù)能夠與其他監(jiān)測系統(tǒng)例如遙感和地面監(jiān)測等進(jìn)行整合，從而提供更全面、多層次的有害生物信息。通過綜合分析不同來源的數(shù)據(jù)，能夠深入理解有害生物的分布還有影響，為決策者提供更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。無人機(jī)數(shù)據(jù)的共享和分析有助于不同區(qū)域間的合作以及信息交流。并建立全面的有害生物數(shù)據(jù)庫，使得相關(guān)機(jī)構(gòu)能夠共享數(shù)據(jù)資源，共同應(yīng)對跨區(qū)域的生態(tài)挑戰(zhàn)，提升監(jiān)測和管理的效率和覆蓋范圍。通過數(shù)據(jù)整合和共享，能夠建立更為完整和動態(tài)的有害生物數(shù)據(jù)庫，為未來的預(yù)測模型和決策工具提供堅實的基礎(chǔ)。模型的建立，能夠幫助管理人員精準(zhǔn)預(yù)測有害生物的發(fā)生趨勢以及可能造成的影響，并及時采取有效的預(yù)防與應(yīng)對措施[2]。

1.5 環(huán)境友好和可持續(xù)性

由于無人機(jī)監(jiān)測操作是非侵入性的，其在監(jiān)測時，不會對森林生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的干擾。相較于傳統(tǒng)的實地勘查方法，無人機(jī)能夠在不接觸地面的情況下，完成監(jiān)測任務(wù)，即能夠有效保護(hù)森林生物多樣性以及自然棲息地。且無人機(jī)多采用電動或混合動力，相比于傳統(tǒng)的飛行器和車a2ae74cc99d6d60cc5682d6afd761790b0d3593056584dbdb3e1fcc3ccc918ec輛，能夠明顯地減少了碳排放。這種環(huán)保特性符合現(xiàn)代社會對于減少碳足跡和推動可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。并且無人機(jī)能夠高效地收集大量數(shù)據(jù)，減少了對林地的頻繁實地勘查需求，降低了勘查頻率。這不僅降低了人員和車輛對林地生態(tài)的影響，還提升了監(jiān)測效率和成本效益。

2 無人機(jī)在林業(yè)有害衍生物監(jiān)測中的具體應(yīng)用

2.1 獲取待監(jiān)測區(qū)域的電子地圖

借助無人機(jī)，對林區(qū)的有害生物情況展開監(jiān)測，即能夠為后續(xù)的監(jiān)測工作提供基礎(chǔ)信息。在相關(guān)監(jiān)測工作進(jìn)行時，可結(jié)合待監(jiān)測區(qū)域的地形以及目標(biāo)，規(guī)劃無人機(jī)具體的飛行路徑。首先，應(yīng)確定好無人機(jī)的起飛點和降落點，并識別監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的所有潛在障礙物，如樹木、建筑、山脊等，同時記錄其具體的位置。之后結(jié)合地面站軟件，細(xì)致地規(guī)劃無人機(jī)從起點到終點的飛行路徑，保證后期監(jiān)測時，能夠避開障礙物，并保證監(jiān)測工作能夠確保覆蓋整個監(jiān)測區(qū)域。在設(shè)定好的航線上，可以間隔10～15 m選擇一個點，作為識別點，用于后續(xù)的光譜影像采集。這樣能夠保證采集的數(shù)據(jù)具有足夠的分辨率和覆蓋范圍。后期無人機(jī)按照設(shè)定好的路徑飛行，進(jìn)行連續(xù)光譜影像采集，這一期間可使用多光譜傳感器和高分辨率相機(jī)，確保捕獲高質(zhì)量的圖像和光譜數(shù)據(jù)[3]。

對所采集到的光譜影像數(shù)據(jù)，做好后續(xù)的處理與分析，具體可將光譜影像中的每個像素點的光譜反射率計算出來，這些反射率數(shù)據(jù)是后續(xù)分析的基礎(chǔ)；并應(yīng)用RX算法，識別圖像序列中的病蟲害區(qū)域。RX算法是一種異常檢測算法，可以用來識別光譜影像中的異常點。并且，結(jié)合可見光或近紅外波段的反射率，即能夠確定病蟲害像素點，這些像素點在光譜反射率上有顯著差異。在進(jìn)行反射率門限確定時，可結(jié)合具體的經(jīng)驗或試驗，確定反射率的門限值，用于區(qū)分健康植被和受害植被。最后將反射率達(dá)到門限值的像素點聚類，形成病蟲害區(qū)域。這些區(qū)域可以是由病害像素點組成的區(qū)域或其邊緣線內(nèi)部區(qū)域。

通過上述操作，即能夠獲取一張詳細(xì)的電子地圖，以及該區(qū)域內(nèi)病蟲害的光譜影像數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。相關(guān)數(shù)據(jù)將為后續(xù)的監(jiān)測和防治工作提供重要的信息支持，幫助及時發(fā)現(xiàn)和處理病蟲害問題，避免其進(jìn)一步擴(kuò)散和蔓延。

2.2 獲取航拍圖片、搭載設(shè)備的參數(shù)、無人機(jī)飛行路徑及姿態(tài)信息

無人機(jī)在對林業(yè)有害生物監(jiān)測過程中，獲取高品質(zhì)的航拍圖片并處理相關(guān)數(shù)據(jù)，對于做好監(jiān)測工作有著重要意義。相關(guān)監(jiān)測工作進(jìn)行時，根據(jù)無人機(jī)航測標(biāo)準(zhǔn)，使用無人機(jī)搭載的多光譜傳感器及其他相關(guān)設(shè)備進(jìn)行航拍，即能夠獲得航拍圖片。要保證能夠獲取覆蓋整個監(jiān)測區(qū)域的高分辨率圖像，并詳細(xì)記錄無人機(jī)的飛行路徑及姿態(tài)信息，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和校正提供關(guān)鍵參考。

針對所獲取到的航拍照片，可進(jìn)行后續(xù)的處理。例如，可通過圖像處理軟件，對其亮度和色彩等做進(jìn)一步調(diào)整，確保每張照片的一致性和高質(zhì)量。可以將連續(xù)拍攝的照片進(jìn)行拼接，并生成一張較為完整的區(qū)域圖像。若是在霧氣等極端條件下拍攝的照片，可使用相關(guān)算法進(jìn)行除霧處理，以提高圖像的清晰度。處理時，可以選擇合適的數(shù)據(jù)處理工具，例如，可使用MAPAT航測數(shù)據(jù)處理軟件、ArcGIS軟件及ERDAS遙感圖像分類軟件等工具，并對圖像展開進(jìn)一步地分析，針對不符合要求的照片，進(jìn)行補(bǔ)充飛行，確保數(shù)據(jù)的完整和準(zhǔn)確。條件允許的情況下，可采用光束法局域網(wǎng)平差技術(shù)，對特征區(qū)域較少的林區(qū)進(jìn)行高精度幾何校正；亦可以通過顏色轉(zhuǎn)換、空間濾波、對比度增強(qiáng)等方法，增強(qiáng)圖像的對比度和清晰度。

進(jìn)行地理信息處理時，應(yīng)加強(qiáng)數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，可以將林區(qū)的地理信息轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)系統(tǒng)，并通過空中三角測量技術(shù)制作1∶1 500分幅的數(shù)字正射影像圖，覆蓋更廣泛的林區(qū)；并在數(shù)字正射影像圖上，解譯獲取的枯死、凋零和變色樹木分布的矢量信息。該步驟進(jìn)行時，無人機(jī)的高空俯視角度和多光譜傳感器提供的豐富數(shù)據(jù)，有助于精準(zhǔn)提取病害生物的分布情況。最后可結(jié)合各項處理和分析措施，生成覆蓋監(jiān)測區(qū)域的高分辨率正射影像圖和矢量信息圖，為林業(yè)管理和有害生物監(jiān)測提供科學(xué)依據(jù)。相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，能夠幫助管理人員更好地理解和應(yīng)對森林病害問題，實現(xiàn)精準(zhǔn)化和高效化的管理。

2.3 建立有害生物三維模型

最后可基于上述操作，建立有害生物的三維模型，并對林業(yè)病蟲害監(jiān)測情況展開深入分析。相關(guān)操作進(jìn)行時，首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合，將之前獲取的數(shù)字化影像和多光譜數(shù)據(jù)等，做好進(jìn)行整合，其包含豐富的信息，像林木的健康狀態(tài)、病蟲害的分布和變化等。之后利用三維建模軟件，將整合后的數(shù)據(jù)輸入進(jìn)行初步的三維場景重建。通過對相關(guān)工具的應(yīng)用，即能夠生成高精度的三維森林模型，展示具體的林木結(jié)構(gòu)和空間分布。在三維模型中，可以利用多光譜數(shù)據(jù)識別并標(biāo)注出有害生物的具體位置和分布。通過光譜反射率的不同，對健康的林木和受病蟲害影響的林木區(qū)域做好劃分與區(qū)分；并應(yīng)用時間序列數(shù)據(jù)，對不同時間點的森林三維模型進(jìn)行比對分析，識別疾病傳播的動態(tài)變化和趨勢。通過這種實時監(jiān)測，可以把握病蟲害發(fā)生的黃金期。

基于三維模型，利用機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析方法，即能夠建立病蟲害發(fā)生的規(guī)律性模型。通過對歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和分析，能夠?qū)ξ磥聿∠x害可能的發(fā)生區(qū)域和嚴(yán)重程度展開預(yù)測；并且將生成的三維病害分布模型和預(yù)測結(jié)果應(yīng)用于實際管理中，為防治病蟲害提供科學(xué)依據(jù)。在防治病蟲害過程中，可以利用三維模型直觀地展示病蟲害的分布情況，制定更精準(zhǔn)的管理措施；且利用三維可視化技術(shù)，可以將病蟲害的三維模型可視化展示。借助直觀的三維視角，管理人員能夠更為清晰地了解病蟲害的分布和變化，從而制定更加有效的防治策略。結(jié)合三維模型的預(yù)測和實際情況，進(jìn)行實地勘查和驗證，能夠保證三維模型和實際發(fā)生情況的一致性，為持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化模型提供反饋；并最終實現(xiàn)對林業(yè)病蟲害的實時動態(tài)監(jiān)測和精準(zhǔn)防控，有效避免病蟲害的擴(kuò)散和蔓延，進(jìn)一步提高森林管理的效率和效果[4]。

3 無人機(jī)輔助監(jiān)測的發(fā)展展望

3.1 多平臺協(xié)同監(jiān)測

綜合多平臺協(xié)同監(jiān)測是推動無人機(jī)在林業(yè)有害生物監(jiān)測中應(yīng)用的重要策略之一。通過將無人機(jī)監(jiān)測與衛(wèi)星遙感、地面監(jiān)測等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，形成了一個高效、全面的監(jiān)測體系。這種整合不僅能夠彌補(bǔ)單一平臺監(jiān)測的局限性，還能夠大幅提升監(jiān)測的準(zhǔn)確性、時效性和全面性。這種綜合監(jiān)測系統(tǒng)能夠利用無人機(jī)的靈活性和高空視角快速發(fā)現(xiàn)和定位植被覆蓋下的潛在問題，如病蟲害或環(huán)境變化；并且，結(jié)合衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測能力以及地面監(jiān)測的詳細(xì)數(shù)據(jù)采集，能夠使得監(jiān)測結(jié)果變得更為全面和可信。

3.2 無人機(jī)自主飛行與智能規(guī)避

未來通過開發(fā)先進(jìn)的自主飛行算法和安裝智能傳感器，無人機(jī)能夠在復(fù)雜多變的環(huán)境中實現(xiàn)高效的自主導(dǎo)航和避障能力，從而顯著提升監(jiān)測過程中的安全性和可靠性。自主飛行算法的發(fā)展使得無人機(jī)可以更精確地執(zhí)行任務(wù)，如在森林中低空飛行或復(fù)雜地形中高效航行。智能傳感器的應(yīng)用則能夠?qū)崟r獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，幫助無人機(jī)快速作出反應(yīng)，比如發(fā)現(xiàn)障礙物并采取避讓動作。相關(guān)技術(shù)的結(jié)合，使得無人機(jī)監(jiān)測在面對挑戰(zhàn)性環(huán)境時更加可靠和安全，在提升操作效率的同時，保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性[5]。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)集成與數(shù)據(jù)傳輸

在無人機(jī)上集成物聯(lián)網(wǎng)模塊，可以實現(xiàn)與地面基站和邊緣計算設(shè)備的連接，構(gòu)建低功耗、高可靠的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)及時傳輸。同時，開發(fā)數(shù)據(jù)管理平臺能夠集中存儲和管理監(jiān)測數(shù)據(jù)，為后續(xù)分析和決策提供基礎(chǔ)支持。這些技術(shù)能夠有效提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化水平，幫助農(nóng)民實現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理和資源優(yōu)化利用。

3.4 綠色環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展

林業(yè)管理中，綠色環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展是至關(guān)重要的考慮因素。采用綠色環(huán)保的無人機(jī)平臺不僅有助于減少對環(huán)境的影響，還能通過高效的監(jiān)測技術(shù)來優(yōu)化資源的使用，從而減少對生態(tài)系統(tǒng)的潛在破壞。

4 結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)在林業(yè)有害生物監(jiān)測中的應(yīng)用有著較大的潛力，其作為一種高效快捷的監(jiān)測工具，不僅可以廣泛應(yīng)用于大范圍的森林區(qū)域，還可以實時獲取高分辨率的圖像和數(shù)據(jù)，并幫助森林管理者及早發(fā)現(xiàn)并有效應(yīng)對有害生物的威脅。隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用經(jīng)驗的積累，應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用，使其在林業(yè)有害生物監(jiān)測中發(fā)揮更大的作用，為森林健康和生態(tài)平衡的維護(hù)提供持續(xù)支持，為實現(xiàn)可持續(xù)的林業(yè)管理和生態(tài)保護(hù)起到積極的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

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