無人機在林業調查中的應用及操作實例

陶再平

（廣西壯族自治區國有黃冕林場，廣西鹿寨 545600）

無人機是一種現代化新型飛行裝置，無人機系統中搭載一定的感應設備，在系統內部設置核心控制系統，同時裝有相應的定位裝置，可自動把控方向。無人機運行過程中，需要專業技術人員進行合理規范的遠程操控，實現航空攝錄目的。無人機通過先進的通信技術，可將拍攝的相關影像畫面及時傳輸到遠程操控裝備中，實現信息和數據的實時傳送，為后期工作提供便捷。在林業調查過程中，將無人機和遙感技術結合應用，可提升林業調查的速度和效率，獲得高分辨率影像資料，為林業管理和林業防護提供真實有效的數據。本文結合理論和實踐，總結了無人機在林業調查中的應用，以供林業工作者參考。

1 無人機在林業調查中的應用

1.1 在林業調查規劃中的應用

傳統的人力調查技術相對比較落后，存在一定的危險性。無人機技術具有無人智能操作、調查范圍廣、調查精度高等特點。例如，在林業調查規劃過程中，可以利用無人機完成林業覆蓋度的調查，即利用無人機搭載遙感技術平臺，通過衛星影像數據，建立光譜植被指數與覆蓋度的相關模型，并通過地面數據平臺完成對后續數據的處理，通過人工地面采集數字影像，對影像進行圖像分隔或分類操作，提取覆蓋度。通過衛星影像提取覆蓋度，受天氣影響大，且空間分辨率、時間分辨率常常難以滿足森林樣地的覆蓋度變化研究需求。

另外，無人機可以搭載和應用激光雷達，實現對數據的精準控制，將單木數據從整體點云中分割出來，獲得植物高度、植物冠大小、植物面積、植物胸徑、立木蓄積和林業生物信息量等參數，提升林業調查效果。使用無人機進行林業調查，還可以覆蓋更加廣泛的森林調查范圍，全面調查當前森林資源的具體情況，為林業資源的科學管控提供支持。

1.2 在伐區調查中的應用

伐區調查是林業調查的重要組成部分，對林區林業建設具有重要作用。伐區調查具有調查種類多、調查規模大的特點，傳統的伐區調查工作效率低、誤差較大，勾圖全憑人工判斷，技術人員素質的高低直接影響勾圖的精度，不同技術人員的勾圖存在較大差異。另外，伐區調查作業面積相對較大，難以進行一次測量，影響測量精度。利用無人機技術開展伐區調查工作可有效解決上述問題，可以預先做好飛行方案，甚至可搭載RTK定位系統，利用無人機切斜攝影技術完成伐區整體調查，以獲得清晰立體的正射影像地圖，最大限度提高面積調查精度及伐區調查效率[1]。此外，通過無人機可以有效監控伐區具體情況，為下一步林木培育與林木種植等提供支持。

1.3 在火災監測、滅火救援中的應用

在火災監測和滅火救援過程中，應用無人機具有較大的優勢。無人機日常維護簡便，不需要相應的起落機場，在危險的火災現場能夠及時勘察和運輸，同時不需要駕駛人員，技術人員遠程操控就能完成相關任務，在多種復雜地形現場能夠高效使用。無人機在火災現場能夠大面積巡查，在惡劣環境和復雜地形現場替代消防人員，減少人員傷亡。無人機具有良好的機動性和實效性，能夠動態跟蹤消防滅火救援現場關鍵位置，監控重點區域。工作人員可以利用無人機及時準確地投放救援設備設施，幫助消防人員高效開展滅火救援工作；同時工作人員可以借助無人機快速分析火災現場實際狀況，將相關信息反饋到終端指揮電腦，便于指揮人員制定有效的滅火救援措施，提高工作效率。

當前，我國部分林場已經開始著手建立無人機火災監測系統，用于日常森林防火巡護、滅火救援等工作，提升森林防火效果。在實際的森林防火和火災監測過程中，工作人員利用無人機技術能夠完成快速定位火點、快速確定火勢火情、探測防火路徑等多項任務。①快速定位火點。一旦發生森林火災，可以利用無人機以及紅外遙感搭載系統完成森林巡查，利用紅外熱感應原理鎖定森林火災位置，并通過衛星定位系統完成對火災地理位置的計算和確定[2]。②快速確定火勢火情。傳統人工火險分析的危險系數極高，而利用無人機可以在火場上空完成火災面積分析、火情爆發速度分析、火場主體范圍數據參數分析等工作，并通過通信端的通信模塊快速回傳森林防火信息。③探測防火路徑。森林火災蔓延速度快，火情瞬息萬變，指揮人員利用無人機傳回的實時信息，可以科學規劃救援方案，設計最佳的滅火救援路線，及時調整滅火救援車輛。

1.4 在病蟲害監測中的應用

在林業調查過程中，可以利用無人機對病蟲害進行有效監測，實現對林區的有效保護。在當前林業病蟲害調查過程中，主要利用無人機光譜感應技術實現病蟲害監測。光譜感應技術主要利用樹木的葉片和樹干顏色變化實現對樹木病蟲害發生情況的監測，確保病蟲害調查更加合理。無人機調查過程中，主要完成測區地形調查、航線規劃、數據預處理、精度檢測等多項工作，獲取多光譜正射影像、專題地圖、變色立木矢量點、變色立木屬性表與監測成果報告，最大限度保證病蟲害調查效果。

1.5 在林業資源、生態濕地資源監測中的應用

地表植被覆蓋率是判定林區植被分布和自然生態環境的重要指標。我國一般采用衛星遙感和人工采集的方式全面調查和統計植被覆蓋率，但是衛星遙感技術在實際應用過程中成本高、精度低，人工采集的工作質量和效率難以有效保障。無人機具有較強的靈活性，能夠根據不同需求，針對性地設計飛行航線、高度和區域等，突破了傳統采集方式的局限性，提高了數據采集效率，增強了監測的精準性。現階段，我國在部分珍貴林木覆蓋率的調查研究工作中應用無人機技術，積累了大量實踐經驗，充分表明利用無人機能夠有效獲取林地面積、辨別樹種、明確樹齡、計算林地密度等，數據的分辨率和時效性均較高，不僅大大降低了工作成本，還有效提升了工作質量和林業調查技術水平[3]。

濕地是我國較少的一種地形，加大濕地資源保護力度是維護自然生態平衡的重要措施之一。在濕地資源調查中，采用無人機技術能夠充分發揮遙感測繪技術的優勢，高效精準地計算濕地植被的面積比例，跨區域生成對應圖像，在無人干預的基礎上生成個性化濕地資源保護方案[4]。近些年，無人機的應用范圍不斷擴大，選配功能不同的傳感器能夠有效增強采集結果和預期研究內容的符合度，保證采集精度和質量。

2 無人機在林業調查中的操作實例

2.1 案例分析

廣西壯族自治區國有黃冕林場2020年完成伐區調查3 266.67 hm2，設計出材43.3萬m3，占年度計劃的108%。這是該林場歷年來伐區調查面積最大、設計出材最多、完成速度最快的一年。2020年，國有黃冕林場逆勢而上，倒排工期，落實責任，創新技術，超前完成年度伐區調查任務。現將其工作措施總結如下。一是周密部署，掛圖作戰。細化年度目標任務，分解落實到季到月，制圖造表上墻，確定每周完成量。二是責任到人，目標考核。將任務具體落實到人，制定每周定期通報制度，營造“比學趕超”的氛圍，有力推動工作落實。三是人機結合，全面推進。在調查工作中大量使用無人機、測高儀等先進設備，最大限度地提高勾圖和測量的精度和效率。

2.2 無人機操作要點

一是合理選擇無人機類型。選擇大疆Phantom 4 RTK無人機，機身預裝機載D-RTK，配合網絡RTK服務或DJI D-RTK 2高精度GNSS移動站，可實現厘米級定位，實現更為精準的測繪作業；機身前部、后部及底部的視覺系統與兩側的紅外感知系統，可提供多方位視覺定位及障礙物感知；云臺相機可穩定拍攝4K超高清視頻與2 000萬像素照片。二是合理選擇飛行環境。無人機應用易受天氣影響，宜選擇天氣晴朗、風力較小（風速5級以下）的時段進行作業，并選擇地形開闊、周圍無高大建筑物的場所作為飛行場地。不在有高壓線、通信基站或發射塔等區域飛行，并將無人機控制在視線內，遠離障礙物、人群、水面等。三是合理設置無人機運行參數，即最大飛行高度500 m、最大起飛速度15 m/s、最大水平飛行速度15 m/s、航向重疊率80%、旁向重疊率70%、最大返航高度500 m、低電量警報。