無人機在林業調查中的應用探索

李志美

(云南省林業調查規劃院，云南 昆明 650051)

1 引言

無人機是采用遙控技術或者預置系統進行無人駕駛的飛機，因為能夠彌補有人駕駛飛機存在局限性的問題，所以應用范圍更加廣泛且成本相對較低，具有預置動力、可以附加設備、可執行任務廣泛、操作性極強等優點。在林業的使用中，將無人機的優點和遙感技術相結合形成無人機遙感一體綜合系統，將傳感器技術、遙控檢測技術、通信技術和GPS定位技術與無人駕駛技術相結合，集成了飛行器系統、飛行控制系統、地面監測系統、設備執行系統、精準傳輸系統、反射系統和保障維護系統。無人機遙感系統的研發避免了傳統航空攝影的缺點和局限性，成本得到很大控制，耗能低且可重復飛行使用都成為了它的優勢。

2 無人機發展概況

2.1 無人機飛行類型及載荷

無人機即無人駕駛飛機，采用遠程遙控技術進行操作或者自身預置程序進行自控飛行的無人駕駛飛機。這種飛機有很多種類，根據機翼的不同有固定翼、多旋翼等。

我國民航總局在2015年期間發布了相關規定，主要是針對輕小型無人駕駛飛機飛行的相關注意事項，第一種是在視線范圍內或者視線范圍外進行控制的、空無人機的重量在116 kg以內的，起飛時全機重量小于等于150 kg的無人機，在空中飛行的穩定速度在100 km/h以內的；第二種是起飛時全機重量小于等于5700 kg的，和需要受藥的植物高度保持在15 m以外的植物保護型無人機；第三種是無人飛艇，它的體積充氣后在4600 m3以下。

2.2 無人機主要特點

2.2.1 環境適應能力強

無人機能夠到達很多有人駕駛飛機不能到達的區域，比如一些極端骯臟、危險的地方，采用無人駕駛技術就不用考慮到駕駛員本身的身體素質或者對人體的危害。在災難救援、重災區援助、核生物化學工程區拍攝、傳染病實時跟蹤監控等對人有極大危害執行任務時，不會產生人員的傷亡。同時，因為無人機體型較小、操作便捷、隱身效果好的優點，在軍事偵察方面能夠巧妙利用，協同作戰。

2.2.2 配置靈活，執行任務多元化

因為無人機的體積較小、維護方便、自重小，因此配置也相對比較靈活。就目前來看，民用無人駕駛飛機搭載的功能性設備大部分都是能夠進行拆卸重裝的。這種功能性設備稱之為云臺負載物，云臺負載物具有很多種類和功能，無人機在執行一項任務的時候根據任務的需要來搭載合適的云臺負載物。無人駕駛飛機系統在設計的時候都進行科學的規劃，進行模塊分區能夠實時根據任務需要靈活調整，使其優勢和靈活性得到最大的發揮。

2.2.3 信息獲取及時、精準執行任務

在這個大數據時代下通信和人工智能都飛速的發展，催生出了4G、5G等無線終端與無人駕駛飛機的結合，使無人機在執行任務的過程中能夠實時將采集的影像資料傳達到任務中心，使得信息的可靠性和有效性大大增強。與此同時，無人機的功能模塊根據執行的需要能夠精確匹配，高效完成任務。

2.3 無人機主要產品

輕小型無人駕駛飛機是目前存在比較多、應用比較廣泛的，包括固定翼、多旋無人駕駛飛機和無人駕駛直升機。在使用的領域上，存在于軍事上、民間行業中、服務型消費產業中。在這些領域中對于無人駕駛飛機的要求也不一樣。

3 無人機在林業資源調查與監測中的應用

3.1 在調查規劃中的應用

在森林資源的調查中，為了及時準確的明確森林里林木資源的數額和質量，采用的手段是多種多樣的，主要包括這幾點：①測控技術;②測樹原理;③遙感技術;④抽樣技術等。在了解到了森林資源的整體情況包括種類分布、數量質量、生長立地情況后進行統計分析，研究出森林里面在整體生態資源的生長和消亡周期、動態變化規律性、資源整體比例關系，客觀的分析反映其自然條件，為后期森林資源的管理和林業經濟發展提供一定的方針和政策并奠定理論和實際依據。

在以往的傳統調查研究中，往往存在主觀人為因素影響，部分區域難以涉及造成的工作量大大增加；結果有失客觀性；管理散亂等問題。在無人機的參與下，依靠專業的任務執行模塊能夠準確、高效、客觀的對林業資源進行調查，解決傳統人為調查的局限性。

3.2 在病蟲害監測中的應用

現階段在森林資源病蟲害預防工作中主要依靠人工實地勘察，耗費人力物力的同時還存在周期過長、效率較低的缺點。遙感技術的產生能夠方便快捷的監測森林病蟲害的發生，但是在過去只能依靠有人航空進行航空攝影和GPS定位，由于空間的體積較大，不能準確定位到每一株植物。一部分專家學者曾提出過利用無人駕駛飛機結合既有測控技術以及影像采集技術進行森林病蟲害的調查，這樣有效降低了成本并高效精確的找出了已受到病蟲害的樹木，為后續的清除和儲備工作提供了支持。

在防治病蟲害治理事項中，傳統的方法主要采取具有遠距噴射的噴霧劑和人工的噴藥機，這對于施藥范圍以外的較高樹木效果欠佳。采取有人駕駛飛機進行防治病蟲害工作時，受到自身體積的影響，只能進行遠距離噴灑，這樣不能達到專門預防病蟲害樹木的目的，使周圍的健康樹木、土壤、空氣、水資源都會造成一定的污染；而采用無人駕駛飛機能夠專業、準確、高效的進行施藥，提升防治效果的同時還大大節約了防治成本，值得在我國的林業調查和預防災害中進行推廣。

3.3 在火災監測中的應用

火災是在森林災害中最為嚴重的事故。原始森林區域面積大、交通不夠便利，衛星遠程遙控感應技術得到了重要利用，但由于衛星平臺本身的運轉周期性和地面的分辨率不夠高等原因，火情的發現工作往往會受到制約，不能及時得到控制和反饋。有人駕駛飛機能夠高效、快速的發現森林火災，同時巡視的區域也比較大，但是這個方式面臨的最大問題是成本巨大，而且我國目前偵查森林的航空設備陳舊老化，跟不上需求，并不能有效地進行利用，加上火災發生時煙霧導致能見度極低，有人駕駛飛機的觀察員也不能清楚地看清火情且對駕駛員造成一定的安全隱患。而而無人機能夠有效地規避這些問題，通過安裝的功能設備負載物，將勘測到的火情通過無線網絡微波信號及時傳達到火情控制中心的工作人員，為定制救援計劃提供參考。

美國的無人機防火系統已經發展到一個成熟階段，但中國還處于剛剛起步的階段，在對森林火情的發現和防治工作還沒有形成一個完善的系統，通訊技術不成熟、監測反饋體系不嚴密、夜間飛行技術研究不完善，遠遠不能在實際的防火工作中做到盡善盡美。

3.4 在濕地調查中的應用

無人機遙感技術目前的應用已經越來越廣泛，在對城市的濕地進行保護調查的過程中，如果能夠利用到無人機進行配合，一定會得到很大的發展。在現在的城市發展過程中，將城市濕地發展成景觀是一個勢不可擋的趨勢。將濕地進行合理的保護和發展是一個亟待解決的問題，針對不同的地點采用不同的治理方案，比如在某一個濕地中進行合理的規劃發展濕地景觀化，建立濕地公園。在前期利用無人機技術對濕地地形和植被進行影像拍攝,從而合理規劃提高濕地景觀化的效率。

4 無人機在林業調查中的發展方向與前景展望

無人駕駛飛機在森林資源的調查研究及保護防護中有著極大的發展前景，就目前而言，我國的無人機應用技術還處于初步階段。相信在不遠的將來，無人機技術將廣泛應用在我國的林業領域、大型森林管理領域、自然生態保護區內。將無人機技術和傳感器技術、遙控檢測技術、通信技術和GPS定位技術進行緊密結合，采用云計算的優勢，將人工智能推向一個新的高度。

5 結語

在森林調查研究中使用的無人機需要具備高精準度的遙感技術從而對森林中的地理位置有準確的定位，林用無人機必須具有對地理位置坐標準確的定位性。采用無人駕駛飛機能夠專業、準確、高效的進行森林病蟲害的防治，提升防治效果的同時還大大節約了防治成本；高效的監測預防火情及相關自然災害，使我國的林業產業得到更好的發展。雖然目前我國對于無人機的研究和使用還處于一個起步階段，但是經過科學的引導和探討，未來一定會不斷發展成熟并在林業領域大放異彩。