無人機在林業(yè)中的應(yīng)用及前景分析

張陽

（山西省桑干河楊樹豐產(chǎn)林實驗局林業(yè)調(diào)查設(shè)計隊，山西大同 037006）

0 引言

基層林業(yè)工作的開展，是保護我國森林資源的重要舉措。但就實際情況而言，基層林業(yè)工作較為繁重，如果僅依靠人工采集數(shù)據(jù)，工作效率則十分低下，且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性難以得到保證，最終會影響林業(yè)工作質(zhì)量。而無人機的應(yīng)用，有利于基層林業(yè)工作的開展，因此對此項課題進行研究，其意義十分重大。

1 無人機和國內(nèi)森林資源現(xiàn)狀

1.1 無人機

所謂無人機就是指無人駕駛的飛機，在飛機飛行過程中，無需駕駛?cè)藛T親自駕駛，僅需利用遙控裝置或程序，即可實現(xiàn)對飛機的有效控制。與傳統(tǒng)飛機相比，二者差異極為顯著，無人機由于體積較小，在工作過程中可以無視地形，且制造成本低，靈活性強。但值得注意的是，在應(yīng)用無人機執(zhí)行工作時，需要衛(wèi)星定位、遙控和監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)的配合，這是遠距離控制無人機的必備條件。

近些年，無人機的作用逐漸被各行各業(yè)所重視，其在影視、農(nóng)業(yè)、建筑工程和遙感監(jiān)測等領(lǐng)域均取得了良好的應(yīng)用效果。無人機在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，主要包括林業(yè)災(zāi)害監(jiān)測、林業(yè)調(diào)查和有害生物防治，在應(yīng)用過程中，可以將任務(wù)需求作為依據(jù)，在無人機上搭載各種設(shè)備，以達成預(yù)期的任務(wù)目標(biāo)。

1.2 國內(nèi)森林資源現(xiàn)狀

國家森林資源和林地占有面積的衡量指標(biāo)為森林覆蓋率，這個指標(biāo)的得出方法為森林面積與國土面積之比，假設(shè)某國家的土地總面積為100 萬平方千米，而森林面積為33 萬平方千米，則該國的森林覆蓋率為33%，稍高于世界森林覆蓋率。但就當(dāng)前實際情況而言，我國森林覆蓋率低于世界森林覆蓋率，在查閱資料后得知，經(jīng)過數(shù)十年的努力后，我國森林覆蓋率已經(jīng)增加到17%左右。我國森林資源在分布上呈現(xiàn)出東南多，西北少的趨勢，尤其是東部地區(qū)由于氣候條件優(yōu)越，故森林覆蓋率提高速度十分顯著。而西部地區(qū)則較為緩慢，總體而言，我國森林總面積正在逐年增加。

2 無人機在基層林業(yè)工作中的應(yīng)用

2.1 無人機在林業(yè)調(diào)查工作中的應(yīng)用

2.1.1 森林覆蓋率調(diào)查項目的確立

某地區(qū)位于我國東南沿海地帶，植被覆蓋率較高。近些年，為響應(yīng)上級部門的要求，當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門在研究后確立了森林覆蓋率年度調(diào)查工作項目，希望通過工作項目的完成，掌握所在地區(qū)2019 年度的森林實際覆蓋率，從而為綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的制定，提供數(shù)據(jù)上的支持。

2.1.2 無人機在森林調(diào)查工作中的應(yīng)用

在應(yīng)用無人機時開展森林調(diào)查工作時，需要注意以下事項：

（1）做好起飛點的選擇。起飛點選擇的合理與否，會直接影響調(diào)查工作的質(zhì)量。上述地區(qū)林業(yè)部門在經(jīng)過研究后，將一處開闊地帶作為起飛點，并且該地帶與居民生活區(qū)域相距較遠，故不會受到干擾裝置的影響。值得注意的是，在選擇起飛點應(yīng)遵循宜高不宜低的原則，究其原因，正射影像是無人機拍攝的主要方式，且要求圖像重復(fù)率不低于70%。比如：上述地區(qū)林業(yè)部門所應(yīng)用的無人機是精靈4 代，其最大飛行高度為500m，如果起飛點較低，會導(dǎo)致圖像重復(fù)率無法與要求相符[1]。

（2）執(zhí)行任務(wù)。在起飛點選擇完畢后，需要遵循相關(guān)規(guī)定對飛行參數(shù)進行設(shè)置，工作人員首先點擊控制界面上的飛機圖標(biāo)，然后會彈出一個對話框，并顯示無人機的各項參數(shù)，包括電池剩余電量、GPS 和相機等，在輸入控制程序后，無人機就會起飛，并沿著控制程序中的航線進行飛行和拍攝，為林業(yè)調(diào)查工作，提供便捷的條件。

（3）調(diào)查結(jié)果。在飛行任務(wù)結(jié)束后，需要使用軟件對無人機拍攝的影像數(shù)據(jù)進行加工和處理。在這個過程中會涉及成果數(shù)據(jù)疊加。具體操作流程如下：首先工作人員需要啟動ArcMap 軟件，將數(shù)據(jù)加入其中，生成正射影像圖，值得注意是，在生成影像圖時需選擇TIF 格式。軟件在顯示圖像之后，方能繼續(xù)添加數(shù)據(jù)，最終完成成果數(shù)據(jù)疊加，獲取測量地區(qū)的各類信息。工作人員可以對比調(diào)查方案和標(biāo)準(zhǔn)，在對比完成后，繪制調(diào)查圖片即可。以上述地區(qū)為例，測量結(jié)果表明，該地區(qū)地形條件復(fù)雜，主要以山地丘陵地帶為主，如果依靠人工方式進行調(diào)查，難度極大，且伴有危險。而無人機技術(shù)的應(yīng)用，不僅縮短了工作時間，還能準(zhǔn)確獲得所在地區(qū)的森林覆蓋情況。在計算后得知，該地區(qū)的森林覆蓋率為45%，與去年相比增加了2%，符合預(yù)期的發(fā)展目標(biāo)[2]。

2.2 無人機在林業(yè)病蟲害防治中的應(yīng)用

某林地位于云南省南部地區(qū)，森林面積為19 萬公頃，屬于云南省境內(nèi)的重要林區(qū)。但是在環(huán)境因素的影響下，病蟲害問題頻繁出現(xiàn)，影響了森林面積的增加，主要病蟲害包括天牛、金龜子、松毛蟲等，這些害蟲繁殖能力極強，且缺少天敵，危害性嚴(yán)重。需要當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門予以重視，但考慮到傳統(tǒng)林業(yè)病蟲害防治模式多以設(shè)置人工監(jiān)測站和定期巡查為主，導(dǎo)致病蟲害防治工作無法取得良好的效果。故筆者建議當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門在開展病蟲害防治工作時，將無人機技術(shù)應(yīng)用其中，以保證病蟲害監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，使林業(yè)可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢得以延續(xù)。林業(yè)部門在應(yīng)用無人機時，應(yīng)遵循如下要點：

（1）發(fā)揮無人機的監(jiān)測作用。監(jiān)測是預(yù)防和控制森林病蟲害的有效措施，關(guān)系到防治方法和防治計劃的制定。通常情況下，監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性與防治方案效果關(guān)聯(lián)密切。簡而言之，就是監(jiān)測結(jié)果越準(zhǔn)確，防治方案的運行效果越顯著。并且，監(jiān)測結(jié)果還能為工作人員選擇防治方法和藥物提供依據(jù)。無人機的應(yīng)用，則有助于上述目標(biāo)的達成，究其原因，主要是無人機監(jiān)測與傳統(tǒng)人工監(jiān)測相比，在效率和準(zhǔn)確性上優(yōu)勢顯著，且具有良好的適應(yīng)性和靈活性，不會受到地形條件的限制。

此外，工作人員可以憑借無人機獲取的監(jiān)測結(jié)果，對森林病蟲害未來變化趨勢進行準(zhǔn)確的預(yù)測，精準(zhǔn)定位異常林，分析病蟲害問題產(chǎn)生的原因，把握病蟲害的出現(xiàn)和發(fā)展規(guī)律，估算病蟲害造成的影響，并基于上述條件，完成多種解決方案的制定，并對比解決方案的優(yōu)缺點，最終選擇最合適的解決方案。在實際應(yīng)用階段，工作人員可以在無人機終端電子設(shè)備上畫出檢測區(qū)域，確定無人機的起飛點，然后利用程序使無人機沿著既定的路線飛行，并拍攝影像圖片。

（2）發(fā)揮無人機的防治作用。在應(yīng)用無人機完成對林地的勘察后，林業(yè)部門即可掌握林地病蟲害的發(fā)展情況。在掌握這些信息后，林業(yè)部門可以將無人機作為載體，向病蟲害地區(qū)噴灑農(nóng)藥，與傳統(tǒng)噴灑方式相比，無人機噴灑范圍、速度和效果極為顯著。究其原因，主要是無人機在飛行過程中，其機翼會保持高速的旋轉(zhuǎn)，藥物液體薄霧的穿透能力也會隨之增強[3]。

2.3 無人機在林業(yè)中的應(yīng)用建議

無人機屬于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，如果林業(yè)工作人員技術(shù)水平不足，會導(dǎo)致無人機應(yīng)用效果大打折扣。故筆者建議林業(yè)部門做好以下方面的工作：

2.3.1 加強宣傳教育

通過上述分析可知，在林業(yè)工作中應(yīng)用無人機，有助于工作的順利開展，為此，林業(yè)部門應(yīng)加強宣傳教育力度，通過多種宣傳方式的應(yīng)用，讓基層工作人員正確認(rèn)識無人機的作用，并在應(yīng)用無人機時，自覺遵守國家相關(guān)法律規(guī)定，以規(guī)避安全風(fēng)險，使無人機的應(yīng)用效果得到充分發(fā)揮。

2.3.2 注重技術(shù)培訓(xùn)

就當(dāng)前實際情況而言，無人機在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸廣泛，但部分林業(yè)工作者由于缺少無人機操作技術(shù)，故在使用過程中存在諸多不合理之處，導(dǎo)致無人機工作效率和質(zhì)量大打折扣。為此，林業(yè)部門應(yīng)注重?zé)o人機操作技術(shù)培訓(xùn)，提高工作人員的技術(shù)水平，并要求工作人員獲取通過無人機駕駛員實踐考試，獲取無人機駕駛資格證書。

3 無人機的應(yīng)用前景分析

目前，無人機雖然在林業(yè)領(lǐng)域取得了良好的應(yīng)用效果，但尚未達到人們的期望值，無人機存在十分廣闊的應(yīng)用前景。究其原因，主要是林業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)階段所應(yīng)用的無人機，尚存在續(xù)航能力不強、定位和圖像識別精度不足等問題，這些問題的存在，制約了無人機應(yīng)用價值的實現(xiàn)，使其應(yīng)用受限。據(jù)了解得知，國產(chǎn)無人機的飛行時間不超過20min，且載重能力不強。針對此類問題，無人機制造企業(yè)應(yīng)重視電池容量和體積的研究，在提高電容容量的基礎(chǔ)上，盡量縮小電池的體積，以滿足無人機的續(xù)航和載重要求。與此同時，還要研發(fā)穩(wěn)定性高的材質(zhì)，使飛行平臺的重量下降，減少飛行能耗，延長飛行時間，并提升飛行高度。

由于無人機多被應(yīng)用于復(fù)雜的地形條件下，故信號問題成為制約其應(yīng)用的重要因素，構(gòu)建一個長效穩(wěn)定的通訊系統(tǒng)，確定無人機的位置，成為困擾林業(yè)工作人員的重要難題。現(xiàn)階段，WiFi、藍牙等技術(shù)是無人機所應(yīng)用的通訊方式，但這些通訊方式，在短距離通訊場景中較為適用，很難為林業(yè)調(diào)查和監(jiān)測工作的開展，提供有效的支持。而5G 時代的到來，為無人機在林業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用提供了契機，林業(yè)部門可以將5G 網(wǎng)絡(luò)作為通訊手段，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，以解決影像傳輸數(shù)據(jù)無法實時傳輸?shù)膯栴}。

4 結(jié)論

綜上所述，無人機作為科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)物，其發(fā)展和應(yīng)用備受人們的關(guān)注。目前，無人機在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍十分廣泛，且發(fā)揮了極為顯著的作用。筆者以調(diào)查工作和病蟲害防治作為切入點，對無人機在林業(yè)工作中的應(yīng)用進行分析，認(rèn)為這項技術(shù)的應(yīng)用，可以提高林業(yè)工作效率和質(zhì)量，對于我國林業(yè)發(fā)展而言，具有十分重要的意義。