簡述多懸翼無人駕駛飛行器在林業中的應用

汪東仁

（北京市房山區林果科技服務中心，北京 102400）

多旋翼飛行器(Multirotor)，也稱多軸航空器，是三個及以上旋翼軸的特殊的直升機，主要由飛行控制系統、動力系統和機載鏈路系統組成。無人駕駛航空器俗稱無人機，最早出現在二十世紀初的英國。當時無人機更多的是被用來當作偵察機和靶機運用于軍事領域。隨著時代的進步和科技的發展，無人機技術也從軍事領域慢慢拓展到了社會服務上。1987年，日本為了解決本國面臨的農業人口日益減少的問題，委托雅馬哈公司開發了撒播農藥的“R-50”無人機，這是世界上第一架農用無人機。2013年，我國自主研發的Z5型無人機在內蒙古大興安嶺林區進行首航，這是無人機在我國首次運用于森林的經營管理中。自此以后，無人機廣泛運用于林業。

1 無人機在林業中的運用

目前無人機技術的林業應用主要體現在如下方面：林業有害生物防治與測報、林業資源調查、森林火災預警及火場勘察。

1.1 無人機防治林業有害生物

林業有害生物的侵襲可致林木大面積死亡，造成巨大經濟損失，可謂是“無煙的火災”。林業有害生物指為害森林、林木和林木種子正常生長并造成經濟損失的病、蟲、雜草等，主要包括害蟲、有害植物及致病微生物等。如美國白蛾、松材線蟲病、薇甘菊等。防治有害生物是林業生產中極為重要的一環。近年來，我國防治林業害蟲主要是采用化學農藥噴灑，而噴灑的方式層出不窮，其中無人機作為一種新興的藥物噴灑方式，具有明顯的優勢。設定特定的程序包括噴射量、噴射速度以及面積等參數，當其在林地上方航行時，將藥液以霧狀形態瞬間噴灑向林地，均勻撒落在樹木的各個部位，達到殺蟲的效果。相比于傳統的防治噴藥方法，無人機在防治林業有害生物方面具備很多的優點。第一，無人機具有很強的適應性。森林中有著多樣化的地形，無人機在工作時可以適應各種地形，無論是丘陵還是山地，并且能夠對不同疏密度的森林進行噴藥的智能調節。第二，降低防治成本。藥液在無人機中以霧狀噴灑向樹木，極大地提高藥液的利用率。

1.2 無人機在林業有害生物測報中的應用

近年來，我國最嚴重的森林病害就是松材線蟲病，其發生迅速并且無法預測，一旦發生就會導致松樹大面積的組織壞死，樹葉褪綠，樹木枯死。通過對林業有害生物科學監測能夠準確掌握它的發生然后有的放矢進行防治。在這方面，無人機遙感技術有著明顯的優勢。無人機在林木上方航行通過紅外或者遠紅外的遙感技術攝取每一株林木的實時圖像并且反饋給地面控制中心，工作者接收到圖片之后運用遙感圖像處理系統對圖像進行具體分析，其中包括對圖像進行柵格化矢量化，分類以及影射校正等，之后在相應軟件中就會獲得林木的植被指數、歸一化指數等能夠反映林木健康狀況的指標，根據相應樹種的正常指數來判斷是否發生了病蟲害。

1.3 運用無人機調查林業資源

林業資源指的是林地內林木及其林內的動物、植物、微生物以及森林環境資源。林業調查主要掌握我國目前林業資源情況，為林業事業的發展提供依據。傳統的林業調查普遍是人工進行，調查者需要在戶外跋山涉水，進行長時間、高強度、大工作量的調查工作。隨著無人機的發展，無人機遙感技術在林業調查中受到了重視并進行了實踐。林業工作者借助無人機在森林里航行拍攝獲取高分辨率的林地中各小班圖像，并實時傳輸圖像給地面控制中心，工作者在相應的遙感工作平臺上對接受到的圖像進行分析、演繹、判讀、分類和校正。之后，工作者在相應的軟件中以小班為單位總結出調查成果，其成果的展示方式可以為表簿材料、圖面材料和文字材料，繪制林業調查一張圖。通過此圖的高分辨率的遙感影像和森林資源調查數據為基礎的圖像，工作者們可以在圖中獲取相應的林業資源情況。無人機調查林業資源的方式解決了人工調查的繁瑣性和長期性，并且在調查結果的呈現上更加多樣化和具體化。

1.4 無人機預警森林火災，勘察火災現場

在森林的管理方面，火災是災難性的，是不可預料的，所以預防火災以及火災發生后迅速判定發生地點成為森林經營管理上的一大難題。而在2006年，美國的加州發生了一起重大森林火災事件，當時，美國航空航天局與美國林業局開發了名為“牽牛星”的無人機用于加州的森林火災中幫助消防員進行滅火任務并且取得了較大的成功。無人機技術在火災的預防以及勘察中能夠發揮驚人的作用，無人機通過自身機載的紅外和可見光攝影機對林地情況進行動態監測，實時向地面控制中心反饋林地圖像，工作者接收到圖像通過識別系統確定是否出現火點，一旦發現有火點出現，工作者就能根據攝取的圖像迅速定位并且組織火警第一時間治理。火災發生時，無人機還可以勘察現場情況，將火場的輪廓、面積、蔓延速度等數據實時傳回地面控制中心，為地面撲火指揮提供重要信息，避免造成更大的損失。另外，無人機可以攜帶滅火器具在高空進行輔助滅火。

2 前景展望

目前，無人機技術還在發展階段，所以在應用中仍存在著一些不足。第一，續航能力。無人機的飛行是需要電池供電的，電池的容量不足，導致了無人機的作業受到時間的限制，市場上的絕大多數無人機一般作業時間都在20～30分鐘，對于林業工作來說遠遠不夠。第二，低空區域未開放，作業申請較難。在我國，無人機的使用在近些年呈現爆發式的增長，但對于無人機的管理政策卻相對滯后，而且無人機申請空域比較困難，這也阻礙了行業的進一步發展。第三，無人機黑飛較多，擾亂了市場。由于無人機申請計劃較難，大部分民用無人機都是在沒有民航局管理部門的適航許可下進行飛行，也就是所謂的黑飛。黑飛會造成眾多的安全隱患，其直接危害是擾亂了空中管制，另外黑飛會導致無人機市場的混亂，真正能夠有資格飛行的卻因計劃申請等多方面限制無法作業。

隨著社會進步，科技的發展，無人機技術在林業領域應用將不斷拓展。第一，更加智能化。現在社會的熱點問題是人工智能，對無人機來說也不例外，智能化是行業發展的目標。例如未來無人機能夠在森林中匹配地形航行；在林間追蹤珍稀野生動物拍下圖像掌握其習性；下達指令后完成任務自主返回。第二，打破電池瓶頸（長續航）。隨著續航能力的不斷拓展，林業領域的應用將會大范圍得到實現，特別是對于火災的監測與預警。第三，系統化。未來的無人機將會與遙感、通信、地理信息等多方面結合，使得無人機在林業中的應用更加開闊。相信在不久的將來，無人機技術進一步完善，無人機飛行變得大眾化，數量將會快速上升并且占主導地位。日前，權威的媒體以及機構發布無人機市場新預測，預測2021年無人駕駛飛機銷售額將超過120億美元，2016-2021年復合年均增長率為7.6%，所以未來無人機發展領域空前廣闊。