輕小型無人機在森林督查中的應用

唐旭

（廣東省連山壯族瑤族自治縣市級自然保護區管理所，廣東清遠 513200）

0 引言

我國加大對森林資源的保護力度，在森林資源保護工作中，森林督查工作將作為一項重要的組成部分。各地區根據《國家林業局關于開展森林督查工作的通知》內容，相應的成立專門的森林督查工作機構。林業主管部門在日常工作中，積極應用輕小型無人機，轉變傳統督查核查工作模式，可以在較短的時間內獲取較高精度的測量內容，幫助林業主管部門及時準確的掌握森林情況，針對存在的問題開展管理工作，有效保護我國森林資源不受侵害。

1 無人機航空攝影測量方法

1.1 無人機工作攝影測量原理

使用輕小型無人機進行森林督查時，基于無人機工作攝像測量原理，在無人機上配置高清攝像設備，工作人員在控制地點操作無人機，使無人機飛至測量區域，在測量區域無人機會根據設定的航線開展測量工作。在測量過程中，無人機會向地面系統實時傳輸信息，使信息生成影像，將影像與原有的地面信息進行對比，用于糾正地面坐標，使系統記錄的地形地貌等信息更加貼近真實環境。

使用輕小型無人機進行森林督查外業核查工作，高清攝像設備會提高拍攝影像的分辨率，并且整個拍攝過程花費的時間較少，只需1～2 名工作人員即可完成督查外業工作，極大的降低督查工作成本，已成為森林督查外業核查工作工作應用廣泛的技術之一。

1.2 無人機在森林督查外業核查工作中的技術步驟

1.2.1 前期內業準備

前期內業準備工作內容如下：①了解外業核查區域內的樹種以及天氣情況，盡量選擇晴朗并且無風的環境中進行；②探測非法侵占林地區域時，工作人員應事先規劃無人機的航行路線，并選擇性能與航線相匹配的無人機，保證外業核查工作順利進行的同時，還能掌握非法侵占林業資源的證據。

1.2.2 外業測繪調查

進入到外業測繪調查階段，工作按照既定的航線操作輕小型無人機，將輕小型無人機飛至控制點，在每個控制點拍攝影像，然后將影像傳輸至地面控制系統。如果在拍攝期間更改航線，應在更改位置設置地面控制點，保證無人機飛至控制點，可以順利完成測量任務。

1.2.3 內業數據處理

輕小型無人機實時拍攝的影像，會傳輸至地面控制系統，地面控制系統將影像輸入至圖像軟件中，通過處理生成可識別的影像。處理過程分為預處理、三角測量處理等，通過處理的圖像具有較高的分辨率。

1.2.4 成果報告編制

將生成的圖像與原有的地形地貌進行對比，標注出存在差異的地區，結合圖像調整的坐標，將調整的坐標用于糾正原有的地形地貌，然后將新的地形圖和存在差異的地形圖，編制成成果報告，交給林業執法部門開展處罰工作。

1.3 無人機攝影測量應用方法

1.3.1 地面像控點坐標采集

在森林督查外業核查工作中，在地面上建立準確的控制點，可以提高無人機采集林業相關數據的準確度。現階段林業部門會采用全球定位實時動態系統，采集地面像控點坐標。輕小型無人機按照控制點，在設定的航線中開展測量工作，并配合使用GPS-RTK 技術，保證輕小型無人就可以飛至控制點坐標，在控制點坐標圈定的范圍內進行測量。

1.3.2 攝影測量技術

森林督查外業核查工作主要用于測繪非法侵占林地和違法違規采伐林木的范圍，在測繪過程中使用正攝影測量技術，輕小型無人機將攝影機角度調整至垂直狀態，用于俯拍測量區域。在拍攝過程中，會實時記錄各項參數，包括高度參數、坐標參數、航向參數以及旁向重疊參數等，將上述參數進行整理后，可以生成拍攝圖像。工作人員在操作輕小型無人機拍攝時，一般將無人機的高度控制在距離地面250～260m 范圍內，該范圍內測量精度會在0.05m 以內。

2 森林督查應用實例

2.1 無人機攝影測量外業作業

無人機攝影測量技術適用于地勢復雜，且傳統模式無法調查的。以連山壯族瑤族自治縣森林督查外業核查工作為例，該地區地勢較高，境內山巒重疊，山地屬中低山和丘陵地，全縣最高峰是北部的大霧山，海拔為1659.4m，最低點是南部的水下橋，海拔147m，海拔1000m 以上的山峰有48 座，其中海拔1400m 以上的有14 座，山高坡陡的地形對傳統的外業核查方式影響很大，大大的降低了森林督查的外業核查工作效率，近三年來連山壯族瑤族自治縣的森林督查核查圖斑年平均量為800 個左右。如果采用傳統模式的調查方法，需花費大量的人力物力才能完成森林督查圖斑的外業核查工作，因此，改變傳統模式的調查方法，引入無人機來開展森林督查工作就顯得十分重要。林業部門在開展森林督查工作時，使用輕小型無人機勘察管轄范圍內出現的非法侵占林業資源的情況。在勘察過程中發現，一個非法礦山已經侵占較多的林業資源，工作人員使用輕小型無人機進行空中測量，測量出礦山侵占林業資源的范圍，并將原有的地貌與拍攝圖像進行對比。在拍攝過程中使用大疆無人機，該無人機拍攝高度為255m，控制距離以及飛行時間滿足勘察要求。工作人員在勘察區域內設置四個地面控制點，無人機飛至每個控制點后，借助GPS-RTK 技術獲取實時拍攝信息。

2.2 無人機攝影測量內業處理

使用無人機采用正射影像方法獲取圖像信息，將信息輸入至圖片生成軟件，軟件繪制出實際地形，計算實際地形中侵占林業資源的面積。在生成的圖像中，使用ArcGIS 軟件繪制侵占面積，可以精準計算出別墅損壞林業資源的數量。

2.3 優勢

在傳統的森林督查工作中，工作人員會使用GPS 技術進行測量，但是受到地形以及周圍植物等因素影響，導致測量數據與實際情況存在較大的差異。此外在傳統的工作模式中，工作人員需要進入到實地開展測量作業，實地環境工作條件錯綜復雜，測量工作效率會不斷降低。使用無人機航空攝影方法開展測量工作，可以在高空俯視測量區域，在較短的時間內可以獲取較大范圍的測量數據，并且測量精度高于傳統測量方法，工作人員在固定的位置操控無人機即可進行地形測量，有效提高測量工作效率。

傳統測量與無人機測量進行對比，對比內容分為六項：①地面像控點。傳統測量采用布設控制網的方法，需要4 個人花費2d完成，無人機測量采用布設控制點的方法，需要1 人0.5d 完成。通過對比發現傳統測量進行布設控制網時，投入的人力和時間要多于無人機測量；②測量精度。傳統測量精度為0.1m，無人機測量精度為0.05m。通過對比說明無人機可以獲取更高的測量精度；③數據成果。傳統測量為DLG，無人機測量為正射影像，通過對比說明傳統測量成果，需要工作人員具備較高的專業測量能力，無人機測量成果體現出直觀性特點，可以使工作人員看懂測量成果；④人員安全。傳統測量工作人員需要走到每一個地點，無人機測量工作人員在控制點即可完成測量工作。對比發現傳統測量花費的時間更多，并且存在較多的安全隱患；⑤工作人員。傳統測量需要4 名工作人員，無人機測量需要2 名工作人員。對比發現無人機工作人員更少，投入的人力成本更低；⑥工作時間。傳統測量需要6d，無人機測量需要3d。對比說明傳統測量工作時間多于無人機測量時間。

2.4 討論

在傳統的森林督查外業核查工作中，由于地形以及測量技術等因素的限制，在外業核查工作中需要較多的工作人員，并且花費較多的時間，在實際工作中還會出現安全事故。此外傳統的森林督查外業核查工作精度較低，無法全面精準地掌握森林資源發生的變化。

使用輕小型無人機開展森林督查外業核查工作，輕小型無人機操作簡單，在實際應用中，工作人員在設定的控制點即可操作無人機，在操作中可以開展實時的督查工作，不會受到地形地貌等因素的影響，督查核查工作安全有效。此外輕小型無人機拍攝精度較高，實際工作中運行成本較低，十分適合森林督查外業核查工作。

在森林督查工作中應用輕小型無人機，需要林業部門培養專業的無人機操作人員，要求每名無人機操作人員必須持有飛行證。此外我國應盡快建立完善的法律體系，規范無人機的操作，避免出現使用無人機開展違法活動。

3 結語

綜上所述，在森林督查工作中應用輕小型無人機，使傳統的森林督查工作方式發生變化，并且提高森林督查工作的效率和安全性，大大降低傳統森林督查工作的成本。此外輕小型無人機操作簡單方便，具有較高的分辨率，可以獲取高精度的圖片和影像，使森林督查工作質量不斷提高，能夠及時發現并處罰出現非法侵占林業資源的情況。