無人機在森林資源管理中的應用探析

王楊

(黑龍江省林業(yè)監(jiān)測規(guī)劃院，黑龍江 哈爾濱 150080)

“數(shù)據(jù)是未來的石油”，隨著全球進入數(shù)據(jù)化時代，包括林業(yè)在內的各行各業(yè)都在積極開展行業(yè)大數(shù)據(jù)建設。無人機作為一門新興技術手段，廣泛應用在森林資源調查、林業(yè)面積核查等各個方面，對于林業(yè)數(shù)據(jù)收集具有十分重要的意義。目前，無人機技術已經(jīng)實現(xiàn)林業(yè)方面的社會效益和經(jīng)濟效益，在森林資源管理中具有獨特的優(yōu)勢。

1 無人機概述及其特點

1.1 無人機概述

無人機是無人駕駛飛機的簡稱，無人機系統(tǒng)是通過無線電遙控設備，整合微型計算機技術、測控技術、通信技術和遙感技術，根據(jù)需要拍攝采集相關信息，再將信息進行簡單處理后回傳的系統(tǒng)，其結構如圖1所示。從內部構造來看，系統(tǒng)主要包括飛行終端、中控系統(tǒng)、傳感器(高清數(shù)碼相機)、地面監(jiān)控等等，在林業(yè)資源調查過程中，要結合需監(jiān)測的森林環(huán)境和管理要求，設置相應的軟件系統(tǒng)。2015年，中國民航總局針頒布《輕小無人機運行規(guī)定(試行)》，對于具有自主航行能力、低空、慢速、微輕無人機運行管理進行了詳細分類(表1)。

表1 適用無人機運行管理分類表

圖1 無人機航測系統(tǒng)

1.2 無人機在森林資源監(jiān)測中的特點

1.2.1 靈活度比較高 無人機主要特征是便于控制，可以隨時準備應對各類突發(fā)情況并迅速開展工作，對監(jiān)測區(qū)域實施廣泛監(jiān)測，短時間內生成高清圖像數(shù)據(jù)。此外，無人機可以及時處理和總結信息，并將收集到的信息及時、準確地回傳至信息中心，有效縮短了信息傳輸時間。在起飛時間方面，無人機比有人機起飛更快，且不容易受外界環(huán)境影響，具有省時、省力、安全、高效、靈活的特點，有利于隨時待命并開展工作。

1.2.2 分辨率高、數(shù)據(jù)準確 無人機以發(fā)達的科技為依托，利用分辨率較高的數(shù)字成像技術以低空航行的方式(通常距離地面不超過1 km)，得到的圖像分辨率區(qū)間是0.1～0.5 m，測量林木和其他林業(yè)資源的細節(jié)比較清晰，不管是在林業(yè)面積統(tǒng)計上，還是在林業(yè)資源核查上，此種分辨率均有顯著的優(yōu)勢。實踐表明，無人機測繪的分辨率已經(jīng)能夠滿足林業(yè)資源管理日常所需。

1.2.3 飛行航線固定，運行費用低廉 每一架無人機均能夠以人工設定的方式來執(zhí)行提前設定的程序，在完成工作的過程中能夠實現(xiàn)比較精準的高度、角度和飛行模式，這在林業(yè)監(jiān)測過程中實用性較強，特別對于一些自然條件或人為因素造成環(huán)境改變的地區(qū)，可以取得較好的監(jiān)測成效。一方面，為獲得更加精準的影像信息，飛行高度較低，加之我國對于低空航行規(guī)制較少，所以說在林業(yè)發(fā)展中無人機并無障礙。另一方面，無人機的運行管控單一，無須諸多的人員、設備來養(yǎng)護，并且運行費用低廉，養(yǎng)護也比較便捷，使無人機的效能得到最大化發(fā)揮。

2 無人機在森林資源管理中的應用

2.1 造林面積核查

造林面積指標是森林資源是否保持均衡發(fā)展的重要衡量標準，對該項指標進行核查的目的是為林業(yè)經(jīng)濟發(fā)展和規(guī)劃提供基礎數(shù)據(jù)支撐。通過無人機的低空飛行，獲取高清正射遙感影像數(shù)據(jù)，可以對造林面積、造林株數(shù)等資料以數(shù)字化的形式進行存儲，為營造林工程部署決策和補植補造提供參考依據(jù)(圖2)。

圖2 造林作業(yè)區(qū)無人機低空航拍圖

2.2 森林資源調查

森林資源調查是以林地、林木及林區(qū)范圍內生長的動植物及其環(huán)境條件，以及林業(yè)用地的變化和林地面積的關系等為對象開展的林業(yè)調查，采集關于林木質量、數(shù)量及其具體分布，具體包括一類調查、二類調查和三類調查，分別對應全國森林資源清查、規(guī)劃設計調查及作業(yè)設計調查。通過森林資源調查，為政府部門制訂及調整林業(yè)政策，從而不斷提高林業(yè)經(jīng)濟生產率提供指導作用。森林資源調查目前主要通過衛(wèi)星遙感判讀等方式進行，但由于資源調查工作量大，目前還遠不能滿足調查需求。而無人機的引入可以依托其靈活、迅速、機動的特點確保影像的清晰。

圖3 林地正射影像圖

圖3為借助無人機拍到的某區(qū)域林地的鳥瞰圖，通過內業(yè)人員的軟件處理后即可掌握地類、林種、面積、優(yōu)勢樹種等信息。

2.3 森林防火救災

以往通過人工方式難以判斷森林火情，且消防器材難以抵達，效率比較低，容易造成人員傷亡。通過無人機巡航，尤其是在山岳、峽谷、溝壑等復雜條件下，借助其所搭載的高清照相機和紅外相機等部件以及煙霧識別模塊等第一時間發(fā)現(xiàn)并掌握火情，從而為森林消防人員快速控制火情提供參考依據(jù)。

2.4 林業(yè)執(zhí)法管理

林木資源是重要的經(jīng)濟資源，由于森林腹地地廣人稀和經(jīng)濟利益驅使，個別人存在非法占用林地、亂砍濫伐等違法、犯罪行為，破壞了林業(yè)資源和生態(tài)平衡，必須嚴厲打擊。依托無人機技術聯(lián)合執(zhí)法，可以有效解決林業(yè)違法行為不易發(fā)現(xiàn)且處理效率低下的弊端，準確定位違法行為，并通過精準航拍確定違法地點和違法造成的森林資源面積和經(jīng)濟損失等信息，為林業(yè)執(zhí)法提供強有力的證據(jù)。

2.5 森林病蟲害監(jiān)測防治

目前，我國常見的森林病蟲害防治方式有昆蟲網(wǎng)誘捕、噴灑農藥等，弊端在于：一是效率比較低，二是防治效果有限，三是農藥對人體有害。通過無人機的紅外成像、多光譜等功能或構造，依據(jù)預設航線對森林病蟲害發(fā)生情況進行定期巡檢，有效定位發(fā)生地點或者利用無人機輔助噴灑農藥，為實現(xiàn)病蟲害防治部門采取精準、及時、高效的防治措施提供參考依據(jù)。

3 結語

使用無人機技術對林業(yè)資源管理進行高清影像數(shù)據(jù)采集或開展輔助管理，是當前林業(yè)資源監(jiān)測規(guī)劃的重要發(fā)展趨勢。目前，無人機技術在林業(yè)資源核查、防火防蟲防災、林業(yè)執(zhí)法管理等實踐中得到了一定應用，符合當代高效率的管理模式。因此決策部門和林業(yè)資源具體管理部門應充分重視無人機對于林業(yè)發(fā)展的重要性，通過制度建設和政策引導，努力克服無人機航測技術的不足，不斷提升新技術在林業(yè)資源管中的應用效果，為林業(yè)經(jīng)濟發(fā)展服務。