無人機技術在森林管護中的應用分析

楊 潔，郝 帥

（1.山西霍山省級自然保護區管理局，山西 霍州 031400；2.山西省太岳山國有林管理局，山西 介休 032000）

0 前言

無人機在森林管護工作中的應用，不僅能有效降低人工作業量，實現森林資源管理實時監控，還可以有效預防林業災害的發生，進一步提高森林資源管理水平。根據無人機性能的差異，無人機遙感監測技術可以實現森林資源定點監測，從而及時針對可能出現的問題進行預防和排查。因此，研究無人機在森林管護中的應用具有重要意義。

1 無人機技術概述

隨著科學技術的不斷更新與完善，在林業生產生活中，各種先進的技術手段不斷涌現，其中，無人機技術得到了越來越廣泛的認可。它指的是通過無線遙控裝置，利用相應的軟件程序，遠程操控飛機，使飛機完成飛行活動的技術。

無人機存在很多優勢，主要包括以下幾個方面：①效率高。相比傳統人工巡查勞動強度高，效率低的特點，無人機只需遠程控制，在相應位置懸停一段時間后，即可拍攝對應圖像，從而準確快速判斷周圍環境，完成飛行拍攝活動，無任何拍攝死角；②適應性強。由于無人機體積小，機身在任何環境下均可有效進行飛行，采集到更為準確的信息；③安全性高，維護成本較低。傳統載人飛機在執行任務中，若外界環境條件較差，會對飛行安全造成較大的威脅，加之維護成本較高，不能滿足林業日常管理需要。而采用無人機之后，人員無需進行到工作環境，即可拍攝出環境圖像，安全性更高，維護費用也大大降低[1]，見圖1。

圖1 日常民用無人機

2 森林管護現狀

本文以山西霍山省級自然保護區為研究對象，其所在區域涉及霍州、洪洞、古縣三縣市，森林管護面積179.60km2，森林覆蓋率85.2%。在保護區境內，分布有大量國家級、省級重點保護野生動植物，如金錢豹、褐馬雞、水曲柳、軟棗獼猴桃、太白楊等，有效對其進行保護，對維護生態多樣性具有重要意義。

隨著國家生態建設的不斷推進，森林管護工作也面臨極大挑戰，具體包括以下兩方面：一方面，霍山保護區境內地形復雜，山高、坡陡、溝深、路遠，受管護人員年齡老化等影響，森林資源管理難度逐年加大。同時，生態環境逐年好轉，林區內生活的兇猛動物，如金錢豹等，也對管護員巡護人身安全造成一定威脅。另一方面，由于轄區邊界與集體土地交錯、點多線長面廣，管護任務重，導致管護員在巡護過程當中，巡護不到位，存在一定死角。近年來，霍山保護區在傳統管護工作的基礎上，運用了無人機技術，配備了2 架無人機，由其完成部分管護工作。需要注意的是，保護區面積較大，2 架無人機無法覆蓋全部范圍，因而還要加大無人機管護力度。

3 森林中無人機管護應用

3.1 巡山護林中的應用

傳統森林資源巡護主要依靠人力，但由于巡護勞動強度大、周期長且受地形地勢影響，部分林區巡護工作安全性無法保障，加之缺乏行之有效的巡護監控管理系統，部分管護員存在巡護不到位的情況。而無人機的使用，大大提高了森林資源監測質量，熟練的飛手僅需10min 左右，即可完成本轄區巡護工作，通過采集照片等方式，準確了解近期轄區森林資源狀況，有效提高工作效率。

無人機還可搭載喊話器，提高巡護質量。如在飛行中，發現破壞森林資源行為，可通過喊話及時制止違法行為，起到一定的震懾作用。也可通過航拍影像快速獲取影像，精確獲取破壞林地的地點、面積及其他情況，加強對違法行為的監控處置。另外，也可運用此功能在轄區周邊村莊進行森林防火、野生動物保護、封山禁牧及林政宣傳工作，提高轄區村莊群眾愛林護林意識。

3.2 森林防火中的應用

作為森林管護工作的重中之重，森林防火不僅關系到國家生態建設，還關乎人民生命安全，對我國經濟發展和社會穩定起到重要作用。近年來，由于極端天氣及人為原因，導致森林火災頻發，給國家和人民生命財產帶來了無法估量的損失。特別是2019年3 月30 日四川木里和2020 年3 月30 日四川西昌發生的兩起森林火災，分別造成31 名和19 名消防人員遇難的重大生命損失。面對森林火災的不確定性，借助無人機進行快速響應顯得尤為重要。

當發生森林火災時，受地形和氣象條件影響，火場能見度較低，傳統載人飛機在執行飛行任務時，較難清楚準確觀測到火場具體情況。而無人機由于其飛行速度快，靈活機動的特點，可飛入火場上方拍攝照片或視頻，傳遞給地面指揮人員，完成空中火災態勢觀察和現場圖傳的任務。尤其是在夜間，無人機可通過夜間熱成像技術，快速準確摸清火場地形及火勢蔓延情況，為現場科學指導撲火工作提供有效依據。大火過后，還可使用無人機搭載熱成像儀，根據規劃航線，尋找隱藏暗火點，防止火災復燃。

無人機在災后評估方面也具有得天獨厚的優勢。通過拍攝正射影像和3D 立體影像，無人機可以精細區劃受災區域，統計受災面積，評估直接和間接損失，同時，還可采集相關數據，為災后火燒跡地造林工作提供基礎數據。

3.3 森林調查中的應用

及時進行森林調查工作，對國家有效掌握轄區森林資源動態，編制各項林業政策計劃具有重要意義。目前，我國大多數林區依然采取人工調查的方式，即調查人員深入森林，通過人工調查，記錄相應信息，整合匯總后得出最終調查成果。鑒于林業調查工作量大，勞動強度高，部分林區立地條件惡劣，且調查時間一般安排較短，數據要求較精細的情況，可運用無人機融合遙感技術，在最短的時間內，快速到達作業區域，實時獲取森林資源數據，承擔調查任務。調查人員可在室內將這些信息進行整理與分析，獲取林木樹種組成、面積、郁閉度等數據，了解林地基本情況，減輕作業強度，提高工作效率。

3.4 病蟲害防治中的應用

森林病蟲害又被人們稱為“不冒煙的森林火災”，它是森林健康發展的大敵。加強森林病蟲害防治對保護森林資源、改善生態環境具有重要意義。采用無人機技術，可對轄區變色、異常樹木進行精準定位，通過高分辨率影像資料，輔助判斷樹木病蟲害情況，確定受損面積及范圍，進而判定森林健康等級。在發現病蟲害后，它可攜帶配置好的藥劑進行大面積噴灑，第一時間解決問題。尤其在山高坡陡、懸崖峭壁等人員難以到達的復雜地形中，無人機具有無法比擬的優勢。

無人機技術雖然在近年來實現了重大突破，廣泛應用于林業產業，但在使用過程中，仍存在以下問題急待解決：

（1）無人機續航時間短：市面上的無人機主要采用鋰電池作為主要動力，受電池重量和蓄電能力限制，飛機一般在有效飛行20min 后，就必須更換電池，這是制約無人機發展的一個限制因素。續航時間短，決定了無人機目前只能適用于小范圍數據采集。

（2）無人機專業性較強，操作方式過于復雜，要求技術能力較高，需要林業、無人機操控、計算機遙感技術等多方面知識技能人才，目前，管護隊伍年齡結構老齡化嚴重，專業隊伍建設相對滯后，需要加強專業技術普及及培訓力度。

（3）無人機避障技術目前還不完善。由于無人機在飛行過程中無法避開遇到的實時障礙物，加之受地形、天氣等客觀條件影響，信號容易受到干擾，極有可能墜毀，傷及人畜，造成安全事故。這就需要不斷改進無人機設計，研究出合理的解決方案。

4 結論

綜上所述，無人機具有機動靈活、便捷高效等特點，在森林資源管護方面有著廣闊的應用空間，可承擔巡山護林、森林資源調查、森林防火及林業有害生物監測等多項工作。隨著無人機技術的不斷完善，國家也頒布了相關管理法規，無人機飛行將進入合法化時代，林業智能化管護也將不斷向前推進。