消費級無人機在林業調查中的應用

朱漢喜

摘要? ? 無人機技術是一項先進的實時監測技術，具備機動性強、精確度高、監測范圍廣的優勢，可彌補傳統林業調查監測工作的不足，滿足林業實時動態監測的需求。本文從具體使用大疆PHANTOM 4 PRO入手，結合使用DJI Pilot App進行航線規劃，最后用無人機影像處理軟件Pix4D mapper生成正射影像圖，提出了無人機在林業調查中的具體應用，期望對提高林業調查技術水平有所幫助。

關鍵詞? ? 無人機;林業調查;應用

中圖分類號? ? S771.8? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）06-0140-01? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

林業調查是林業資源管理中的一項重要工作，在傳統的林業調查工作中，以人工實地監測、航空航天遙感、衛星監測等方式為主，這些監測方式具有成本高、實時性差等弊端，難以滿足基層林業部門快速實時調查的需要。隨著無人機技術的發展，將消費級無人機技術應用到林業調查工作中，可實時獲取高分辨率、多尺度、多時相的影像數據，提高林業調查的信息化水平。

1? ? 無人機技術概述

無人機技術是一種以無人飛行器為遙感平臺，搭載數字遙感設備，通過飛行監測獲取目標遙感空間信息的先進技術。該技術具備機動靈活、圖像分辨率高、操作靈活便捷等優勢，最近幾年在林業調查工作中得到了廣泛應用，并取得了良好的應用效果[1]。

2? ? 消費級無人機在林業調查中的應用

2.1? ? 無人機的選擇

目前，大疆Phantom 4 RTK在航測領域應用較多。Phan-tom 4 RTK是一款小型多旋翼高精度航測無人機，面向低空攝影測量應用，具備厘米級導航定位系統和高性能成像系統，是為高精度建圖與精準飛行設計的行業級無人機，但價格普遍在2萬～3萬元，對基層林業部門來說比較昂貴。

消費級多旋翼無人機大疆PHANTOM 4 PRO搭載有效像素2 000萬的影像傳感器，標稱最大飛行時間約30 min，標稱在無干擾、無遮擋情況下，最大信號距離7 000 m。

林業作為弱測繪行業，在基層通常使用1∶10 000地形圖進行外業調查，對調查精度不要求達到厘米級。基于成本和精度要求等原因，筆者嘗試利用消費級無人機大疆PHAN-TOM 4 PRO在河池市金城江區同干萬畝核桃基地進行外業調查，彌補傳統外業調查的不足。

2.2? ? 航飛外業流程

2.2.1? ? 前期準備。①基礎設備。PHANTOM 4 PRO 1臺，預裝DJI Pilot App飛控軟件的智能機或者平板電腦1臺，槳葉4 對，64 GB的Micro SD卡1塊，遙控器1個，數據線1根，飛機電池若干塊（根據需要飛行時間定）。②選擇起降地點。閱讀測區的地形圖及衛星影像圖，選擇通視條件好、交通比較便利、地形比較平坦的起降地點。因民用無人機 最大升限為500 m，必須重點了解起降點和測區周圍山峰的相對海拔高度，避免因飛行高度不足導致撞山事故發生。③航線規劃。根據多次對PHANTOM 4 PRO進行的飛行試驗，因山區情況比平原地區復雜，為了飛行安全必須保證有充足的電量返航，所以單次航線往返距離應<5 km，總飛行時間<20 min為宜。DJI Pilot有手動飛行和航線飛行2種模式，其中航線飛行模式中又有導入KML和創建航線2個選項，創建航線中有航點飛行、建圖飛行和傾斜攝影3個選項，由于建圖飛行比較易用，外業時很方便。

將同干萬畝核桃基地的矢量圖圖層加載到LocalSpace Viewr、ArcGIS等GIS軟件中，選擇需要調查的小班進行航線規劃。如小班范圍比較大，則規劃多條航線并將這些航線的KML圖層導入手機或平板中待用;小班大小在1 km×1 km以內的，則可以考慮使用建圖飛行方式[2]。

2.2.2? ? 外業航飛。選定調查小班及規劃好航線后在天氣合適的情況下來到擬調查地點，如果是手動飛行，需要將無人機相機鏡頭設置成90°，垂直向下拍攝;如果是按導入的KML或建圖飛行，相機在飛行過程中自動完成一切設置工作，但可以根據需要手動更改。實際航拍中，在沒有添加像控點的情況下，航飛高度和速度影響成圖的精度。在一個航次中，飛行高度越高，誤差越大;飛行速度越快，航拍范圍越大，但同時對精度有影響[3]。

同干萬畝核桃基地承包給專業公司進行除草、施肥等管護工作，在外雇人員完成除草后需要調查小班范圍內是否完成了管護，定位精度可以不要求太高。在DJI Pilot App相機選擇中選擇PHANTOM 4 PRO，飛行高度設定為500 m，航線速度設定為10 m/s，在高級設置中將航向重疊設置70%以上，旁向重疊設置成60%以上，這樣設置完成后航片分辨率為13.70 cm/像素，完全滿足工作需要;設置完成后，保存任務，準備起飛。

將飛機置于空曠平坦的地面上，待衛星連接成功，確認周邊環境和頂部環境安全后調用規劃好的航線，開始執行航飛任務，接下來就是飛機自動起飛和返航的過程了。DJI Pilot App會自動計算預留返航電量，當然自動估算的結果只能作為參考，為保證飛行安全需要時刻關注飛行狀態，一旦電量不足就應取消任務手動返航。

2.3? ? 內業處理

完成外業任務后，可以使用Pix4D mapper無人機數據處理軟件對航飛影像進行全自動拼接生成測區正射影像。在測繪領域，無人機航測應布設像控點，保證準確、規范、合理。若不進行像控點測量，直接對無人機影像數據進行處理，也可以得到航拍區域各地物之間的相對位置關系，但是根據經驗，500 m航高拍攝的航飛影像絕對位置存在5～10 m的偏差[4]。

然而，在林業航拍中，山區布設像控點的難度很大，而且像控點測量要使用GPS-RTK進行，這個需要專業的儀器設備和測繪資質，基層林業部門通常沒有這個條件。對生產出的正射影像圖，可以采用ArcGIS里的地理配準功能依照衛星圖對正射影像進行校正來提高精度。一般情況下，對于重點了解地面植被現狀并有地形圖和衛星圖做參考的林業工作而言，利用軟件進行全自動快速拼接生成的正射影像已基本滿足需求[5]。

3? ? 結語

在林業調查中應用無人機技術，能夠實現對林業火災、林業病蟲害、森林資源管理等方面的動態監測，提高林業信息的精準度，為林業部門制定相關決策提供科學依據。從無人機技術的應用趨勢上來看，無人機技術必然會成為林業信息監測活動中的關鍵性技術，推進智慧林業建設與發展。

4? ? 參考文獻

[1] 陶元圣.無人機在林業調查中的應用試驗[J].內蒙古林業，2019（9）：92-93.

[2] 李志美.無人機在林業調查中的應用探索[J].綠色科技，2018（21）：106-107.

[3] 張軍國，閆浩，胡春鶴.無人機在林業中的應用及前景展望[J].林業工程學報，2019（1）：140-142.

[4] 賴超.利用消費級無人機制作正射影像的方法[J].工程設備與材料，2019（1）：135-137

[5] 古學玲.消費級無人機影像數據快拼精度分析[J].鋒繪，2018（4）：120-122.