無人機技術在森林生態遙感監測中的應用與探討

姜 昊，王雅璇，譚 輝，賈中偉

（1.云南省生態環境監測中心，云南 昆明 650000；2.云南省生態環境廳駐西雙版納州環境監測站，云南 景洪 666100；3.重慶市黔江區住房和城鄉建設委員會，重慶 409000）

1 無人機技術概況

無人機通常指無人駕駛的飛機，結構主要包括飛行主要構造、人為遠程操作系統、飛機自動駕駛器以及導航系統[1]。無人機可以根據具體用途設計儀器，也可以配置不同的系統，與傳統直升機相比，無人機花費成本較低，可節約人力、物力、財力資源[2]。 無人機可以通過遠程操控和無線通信實現無人駕駛，在節約人力的同時，能最大程度地保證操作人員的人身安全。在應用過程中，不同于傳統直升機，無論是起飛還是降落，無須專門的機場，應用十分方便。

無人機技術具備航拍攝影功能，以無人機作為空中平臺，并通過多種機載遙感設備比如輕型光學相機以及激光掃描儀等機載遙感設備獲取檢測信息，然后用計算機對信息實施處理，最后可以根據要求直接制作圖像。采用無人機技術可以進行高空拍攝，并通過遙感技術以及計算機將所收集的信息進行處理。

無人機遙感技術是無人機與遙感技術的結合，屬于無人機航拍攝影中采用的一種技術，此技術利用無人機駕駛技術以及遙感技術在短時間內獲得信息，有助于提高工作效率，為此，新型無人機遙感技術將會成為傳統遙感技術的技術延續[3]。

2 無人機技術在國內的應用

應用無人機技術有助于環境保護，符合我國社會的發展理念。無人機技術可以直接對目標區域實施監測，快速采樣，短時間內可從監測環境中提取影像，并運用計算機技術將高精度、高時效性的底圖提供給工作人員，具有較高的工作效率。即使處于偏遠地區或危險地帶，也可以利用無人機遙感技術實施監測，可降低危險事故的發生，達到省時省力的效果[4]。在我國環境監測中，無人機技術可以幫助工作人員快速地獲取現場信息。合理運用無人機技術，能夠有效避免交通限制與危險因素，通過無人機到達現場并獲取環境監測信息，例如收集污染物排放情況、周圍環境敏感點具體分布情況。

在森林生態工作中，無人機技術也有重要應用，可以直接用于森林航拍，通過無人機搭載分辨率較高的數碼相機以及紅外掃描儀等儀器開展航拍以及遙測等工作，實時監測森林區域，有助于幫助工作人員獲得詳細的遙感數據，提高森林生態監測工作效率[5]。

3 無人機在森林生態遙感監測中的特點和優勢

森林監測范圍廣，難度高，應用無人機可以實現大范圍實時監控，且無人機操作靈活，監測分辨率較高，工作人員根據監測需要，設置不同的航線，即可進行監測。無人機遙感技術可以避開復雜環境的影響，即使面對下雨或大風環境，因其具有較好的防水與抗風性能，能夠穩定地在空中實施監測，保證所調查的數據具有較高的精確性[6]。傳統森林監測調查技術局限性明顯，新型無人機技術突破傳統調查技術的局限性，可實施大范圍調查，提高調查質量。與傳統衛星遙感技術相比，無人機遙感技術能夠有效保證調查安全性、準確性、及時性、高效性與低成本。無人機在夜間也能充分發揮作用，通過無人機遙感技術可以有效監測災害、預防火災、監測有害生物等，有效提高森林生態保護工作的效率[7]。

3.1 在森林病蟲害監測工作中的應用

當前我國造林綠化面積逐漸增多，但目前全球氣候變化多端，森林病蟲害逐年增加，危害樹木生長，且危害面積逐漸擴大，增加林業管理工作的難度[8]。病蟲害監測工作十分重要，如果任由病蟲害侵蝕樹木，生態環境會遭受嚴重破壞，損失大量資源[9]。使用傳統監測技術會耗費大量的人力、物力、財力，尤其在全面監測時，不僅需要花費大量資源，且監測結果準確性與全面性不足。利用無人機遙感監測技術，可以有效彌補傳統監測技術的缺陷，降低支出費用，節省大量人力、物力，可有效把控森林中的病害蟲問題，提高病蟲害監測的全面性與準確性，維護森林良好的生態環境。

3.2 在森林防火中的應用

在森林生態管理工作中，一旦發生火災，危害較大。森林火勢一般難以控制，燃燒速度快、燃燒范圍廣、救援能見度低，觀察員難以掌握森林火災情況，不能及時尋找引發森林火災的源頭，易造成較大的損失。當前我國森林防范火災基礎方式是使用人力實地巡邏，但部分森林面積較大，使用人力實地巡查工作量大，難以有效保障巡查人員的人身安全，且不能及時高效地發現發生火災的具體點[10]。利用無人機遙感監測技術實施監測，可以及時發現火災發生點，并將災情發送給相關管理人員。無人機可以借助相機與攝像設備及時將現場火災情況反映給管理人員，作為一種具有較高分辨率的設備，可以及時獲取火場影像，其影像分辨率高于衛星空間分辨率，能夠隨時監測火災具體狀況。在森林生態火災監測中，無人機遙感技術通過航拍方式實時航拍森林，并獲取高分辨率的影像，以此實現對森林火情的監控，并可監測火情的動態變化，可以通過無人機遙感技術對火勢蔓延情況提前模擬，此種模擬可以對森林初始火災監測提供一定數據分析。當確定火災具體信息后，可以通過對信息分析與判斷找到火災根源，及時做出滅火決策。不僅可以有效降低火災帶來的損失，也能保障工作人員的安全[11]。當前無人機技術已經成為森林生態環境保護中重要的技術，也為森林生態工作提供便利。

3.3 在森林植被覆蓋監測工作中的應用

當前，我國森林生態資源數量持續增長，在監測林業工作中運用了新型科學技術，如衛星遙感技術、人工地面數字影像采集技術、無人機遙感技術。但衛星遙感技術、人工地面數字影像采集技術均會受到一定限制，而無人機遙感技術不僅監測效率高，且監測結果更精準，能準確地監測森林植被覆蓋率。

3.4 野生動物監測

大部分森林生態環境中均會存在野生動物，這也是維持良好生態環境發展的重要因素，監測野生動物狀態非常重要，無人機技術可以實時監測野生動物的生長情況以及種群分布。野生動物在森林中生活，一般不會停留在一個地方，如果人工巡查監測，不僅工作量大，而且成本高。因此，可使用無人機技術進行實時監測，尤其是對瀕危動物，可隨時將監測情況傳輸給相關工作人員，以便做好野生動物的相關監測與保護工作[12]。

3.5 森林資源調查

傳統森林資源調查工作盡管有許多方法可以進行，但都需要人力參與，作為林業中非常重要的一項工作，必須要重視森林資源調查工作的有效性。為彌補傳統調查方法的不足，可以利用無人機遙感技術，在短時間內獲取森林資源的信息。此技術不受森林面積大小影響，都能快速獲取信息，且不需要花費過多成本，其分辨率較高，能夠為相關管理人員提供高效可靠的信息。

3.6 在林業資源監測中的應用

林業監測工作中最突出的問題是森林資源損失，而森林資源損失與自然災害、人為因素密切相關[13]。自然災害是指森林發生火災，或者面臨暴雨以及病蟲害等，常見的人工破壞因素是砍伐樹木或非法占用林地。如使用衛星影像監測技術，可能會出現更新不及時的問題，而采用無人機技術可以針對人工破壞森林做到及時監測[14]。

4 無人機遙感技術的發展前景

無人機作為飛行器的感應平臺，可利用無線電遙控設備與自身程序控制進行操作。無人機有多種不同的遙感器，均可以從遠程操控獲得信息，采用電子信息技術可將信息快速傳送相關人員，工作人員用其制作出來的遙感影像精度極高。可以在飛行之前提前設定有關參數，根據實際需要設置完畢，無人機可以實現自動化飛行。在飛行過程中，無人機可將數據及時發送到地面指揮中心，指揮中心可根據需要實時調整無人機的飛行軌跡。無人機可以將數據實時一體化處理，并將信息收集、顯示，影像分辨率高。此外，利用無人機技術還可以提高勘察效率，節約資源。隨著林業工作的不斷發展，各種地理信息科學以及相關產業快速發展，無人機遙感技術在未來會有極大發展前景[15]。此外，無人機技術在環保領域中也具有重要的推廣應用價值。隨著我國環境保護工作持續開展，運用無人機遙感技術進行實時監測，可有效監測森林生態環境中的狀況。在森林環境保護中運用無人機技術，需要根據工作具體需要展開，以提高工作成效。無人機遙感技術還需進一步研究，不斷創新，才能有更好的應用與發展。