無人機(jī)遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用研究

摘要：文章首先對無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行了概述，其次分析了無人機(jī)遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查中的主要作用，最后對無人機(jī)遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用策略及其發(fā)展前景進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；遙感技術(shù)；森林；資源；調(diào)查

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.07.036

中圖分類號：S 757.2，S 771.8 " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B " " " " " " 文章編碼：1672-7274（2023）07-0-03

Research on The Application of Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing

in Forest Resource Survey

TANG Jun

（Forestry Resources Investigation and Monitoring Center of Qiannan Buyi and Miao Autonomous Prefecture， Duyun 558000， China）

Abstract： The emergence and development of Unmanned aerial vehicle remote sensing technology bring further development opportunities for forest resource surveys. Drone remote sensing technology can effectively save time and effort required for human investigation， and compared to human investigation， the data collected by drone remote sensing technology is more accurate， which is of great help to forest resource investigation work. Based on this， the article first provides an overview of drone remote sensing technology， then analyzes the main role of drone remote sensing technology in forest resource investigation， and finally explores the application strategies and development prospects of drone remote sensing technology in forest resource investigation.

Key words： drones; remote sensing technique; forest; resources; investigation

1 " 無人機(jī)遙感技術(shù)概述

1.1 概念

無人機(jī)遙感技術(shù)實(shí)際上是多重現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，主要是由遠(yuǎn)程通信技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)手段相結(jié)合而形成的。無人機(jī)上不僅搭載小型相機(jī)和定位裝置，還能夠根據(jù)其不同的使用途徑增減相應(yīng)的設(shè)備。在使用無人機(jī)遙感技術(shù)的過程中，相關(guān)工作人員需要先結(jié)合調(diào)查區(qū)域進(jìn)行無人機(jī)航線的設(shè)置。無人機(jī)并非是全自動的設(shè)備，需要在工作人員的控制下才能夠起飛[1]。無人機(jī)飛到預(yù)定高度后，即可前往調(diào)查區(qū)域開展調(diào)查工作。調(diào)查完成后，無人機(jī)能夠?qū)⑺{(diào)查的影像資料與數(shù)據(jù)儲存，并飛往到地形較為平坦的區(qū)域降落，至此，調(diào)查完成。

1.2 優(yōu)勢

一是無人機(jī)的操作簡單。想要操作無人機(jī)設(shè)備進(jìn)行森林資源調(diào)查，只需要按照無人機(jī)設(shè)備的操作說明，按照步驟進(jìn)行設(shè)備調(diào)試、參數(shù)設(shè)定即可，并沒有很大的難度。二是無人機(jī)設(shè)備反應(yīng)迅速。傳統(tǒng)人力調(diào)查森林資源需要運(yùn)動對講機(jī)進(jìn)行調(diào)配，并且需要花費(fèi)較長的時(shí)間才能夠行進(jìn)到預(yù)定調(diào)查位置。而無人機(jī)則能夠迅速對指令做出反應(yīng)，并且以較快的安全速度飛行至調(diào)查預(yù)定點(diǎn)。三是監(jiān)測全面。采用人力進(jìn)行監(jiān)測較為容易出現(xiàn)漏洞，一旦存在監(jiān)測不全面的現(xiàn)象，則會影響后續(xù)工作的正常開展。而無人機(jī)遙感技術(shù)則具有監(jiān)測全面的優(yōu)勢，只要完成參數(shù)設(shè)定，無人機(jī)就能夠按照設(shè)置的區(qū)域完成資源調(diào)查[2]。四是總體成本低。使用無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行森林資源調(diào)查的成本遠(yuǎn)低于使用人力調(diào)查成本。森林面積較大，想要通過人力完成調(diào)查需要耗費(fèi)大量的人力資源，而無人機(jī)能夠快速完成區(qū)域性數(shù)據(jù)的調(diào)查。五是測量精度高。人力調(diào)查容易出現(xiàn)疏忽，影響調(diào)查的精準(zhǔn)度，而無人機(jī)則是按照設(shè)定進(jìn)行調(diào)查，能夠精確進(jìn)行調(diào)查并且將所調(diào)查的數(shù)據(jù)儲存，有利于后續(xù)林業(yè)規(guī)劃發(fā)展。

2 " 無人機(jī)遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查中的作用

2.1 調(diào)查森林資源

摸清森林資源底數(shù)，是編制森林經(jīng)營方案、制定森林采伐限額、實(shí)行森林生態(tài)效益補(bǔ)償和相關(guān)規(guī)劃的基礎(chǔ)。正因如此，想要使林業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，需要應(yīng)用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，無人機(jī)遙感技術(shù)正是能夠?qū)ΜF(xiàn)代林業(yè)發(fā)展有所幫助的技術(shù)之一。將無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用到森林資源的調(diào)查過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)對森林的調(diào)查與計(jì)算。同時(shí)，應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)能夠?qū)ι謱?shí)施動態(tài)監(jiān)測，將調(diào)查所得的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及圖像信息儲存下來，將森林整體覆蓋情況以及森林中各種樹木、植被的生長情況通過圖片與數(shù)據(jù)的形式展現(xiàn)出來。在傳統(tǒng)的森林調(diào)查中，調(diào)查周期較長、精度較低，而應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)恰好能夠解決這一點(diǎn)。其能夠通過對森林內(nèi)部的實(shí)時(shí)監(jiān)控，幫助人們隨時(shí)掌握森林的變化與資源的狀態(tài)。

2.2 掌握植被覆蓋率

對于森林資源的調(diào)查，掌握植被覆蓋率是其中較為重要的一項(xiàng)調(diào)查內(nèi)容，同時(shí)，也屬于森林資源調(diào)查的核心所在。掌握植被覆蓋率能夠幫助人們進(jìn)行森林資源的科學(xué)開發(fā)，避免由于過度開發(fā)導(dǎo)致森林植被覆蓋率下降的現(xiàn)象，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。而在調(diào)查森林植被覆蓋率的過程中，由于森林地勢復(fù)雜，車輛想要進(jìn)入其中較為困難，僅僅依靠人力行走調(diào)查不僅效率較低，還難以保障調(diào)查人員的人身安全，而無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠有效解決上述題，還能夠在幫助人們掌握植被覆蓋率的同時(shí)對植被的生長密度進(jìn)行精準(zhǔn)測量，使人們能夠掌握更多的數(shù)據(jù)[3]。

2.3 評估和檢測森林火災(zāi)

森林資源調(diào)查工作不僅有利于林業(yè)發(fā)展與森林資源開發(fā)，對于火災(zāi)的預(yù)判也能夠起到一定的作用。無人機(jī)能夠搭載運(yùn)用遙感光波與熱紅外技術(shù)的設(shè)備。在這兩項(xiàng)技術(shù)的幫助下，無人機(jī)能夠精準(zhǔn)定位火災(zāi)發(fā)生的位置，并且對火災(zāi)蔓延的趨勢進(jìn)行有效預(yù)測，利于森林火災(zāi)的控制與后續(xù)評估工作的開展。應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)能夠有效減少森立資源在大火中產(chǎn)生的損失，實(shí)現(xiàn)森林火災(zāi)的精準(zhǔn)控制。

2.4 體現(xiàn)森林水文狀況

森林的整體水文情況想要通過傳統(tǒng)調(diào)查方式展現(xiàn)出來存在一定的困難，但掌握水文情況的數(shù)據(jù)是很重要的。良好的水文情況能夠有效維持森林生態(tài)平衡，并且在防洪防旱方面也能夠起到有利作用。應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)能夠?qū)ι终w的水文情況進(jìn)行調(diào)查，并且能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，幫助人們掌握森林水文情況的變化，確保在出現(xiàn)問題之前能夠找出相應(yīng)的應(yīng)對策略，減少水土流失現(xiàn)象出現(xiàn)的可能性。

3 " 無人機(jī)遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查中 的應(yīng)用

3.1 森林消防

在森林出現(xiàn)火情時(shí)，無人機(jī)能夠迅速做出反應(yīng)，對火災(zāi)的情況進(jìn)行評估，預(yù)測出火災(zāi)蔓延的趨勢，并且在將這部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸給人們的同時(shí)進(jìn)行報(bào)警處理。一般而言，為確保無人機(jī)能夠精準(zhǔn)判斷火情，需要利用熱成像數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，這種相機(jī)以無人機(jī)遙感影像作為基礎(chǔ)，通過灰度閾值與視頻圖像檢測災(zāi)情，更加直觀地判斷是否會爆發(fā)火情[4]。森林火災(zāi)在春季與冬季出現(xiàn)的情況居多，這兩個(gè)季節(jié)較為干燥，并且具有較大風(fēng)力，當(dāng)出現(xiàn)火情時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)不及時(shí)將會難以控制，造成較為嚴(yán)重的損失，因此，鎖定火源方位是很重要的。在鎖定火源方位的同時(shí)，還應(yīng)該對火勢的情況與火災(zāi)的特征進(jìn)行判斷，便于人們掌控火災(zāi)的實(shí)際情況，這些都是無人機(jī)遙感技術(shù)能夠完成的。

3.2 研究森林生態(tài)環(huán)境

可在無人機(jī)中搭載人工視覺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單一樹木冠幅數(shù)據(jù)的獲取，計(jì)算出樣地面積與樹冠面積的比值，從而獲得相關(guān)參數(shù)[5]。利用無人機(jī)遙感技術(shù)對森林生態(tài)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查與研究，結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)對森林資源實(shí)施科學(xué)管理，在資源合理利用的基礎(chǔ)上，制定符合現(xiàn)實(shí)情況的改善生態(tài)環(huán)境的措施。

3.3 提取森林生物量信息

提取森林生物量信息也屬于森林資源調(diào)查中較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，森林中的生物量會對森林的生態(tài)環(huán)境以及森林資源的情況產(chǎn)生一定影響，因此，需要對其進(jìn)行監(jiān)測。可應(yīng)用無人機(jī)通過航拍實(shí)現(xiàn)對森林中生物量的評估。隨著技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)拍照的清晰度有所提升，能夠明確森林中的生物量。此處所提到的生物量并不僅限于動物，還包括植物。因而，可通過對無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用，利用光波對森林植被指數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，實(shí)現(xiàn)森林生物量的大范圍預(yù)測。

3.4 對森林病蟲害進(jìn)行監(jiān)測

在森林中，大部分植物都無法擺脫病蟲害的困擾，普通的病蟲害在自然的修復(fù)下森林能夠自行應(yīng)對，但在面對較為嚴(yán)重的病蟲害時(shí)，森林無法進(jìn)行自我修復(fù)，會導(dǎo)致出現(xiàn)較為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境影響。想要對病蟲害進(jìn)行有效防治，需要應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)，通過無人機(jī)對森林各個(gè)區(qū)域的病蟲害情況進(jìn)行調(diào)查與監(jiān)測。森林中植物的種類繁多，不同植物在產(chǎn)生病蟲害時(shí)所需要采用的應(yīng)對策略不同，并且隨著病蟲害發(fā)生的時(shí)間增加，植物與病蟲害現(xiàn)象均產(chǎn)生一定變化，利用無人機(jī)遙感技術(shù)能夠幫助人們掌握病蟲害發(fā)展的程度，有利于人們對病蟲害的等級進(jìn)行評估。只有在確定病蟲害程度并且明確其等級的基礎(chǔ)上，才能夠科學(xué)地選擇相應(yīng)的治理方案，有效阻止病蟲害進(jìn)一步發(fā)展或蔓延。發(fā)生病蟲害較為嚴(yán)重的區(qū)域會出現(xiàn)病死或枯死的樹木，這些樹木應(yīng)該及時(shí)清理，避免病蟲害進(jìn)一步擴(kuò)張，人們能夠通過無人機(jī)航拍的照片準(zhǔn)確定位病死樹木的位置，便于人們清理。

3.5 實(shí)現(xiàn)森林資源保護(hù)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警

林業(yè)部門在森林資源保護(hù)監(jiān)管過程中，由于涉及區(qū)域較大，如僅僅通過傳統(tǒng)調(diào)查監(jiān)測方式，往往存在滯后性和不全面性，通過無人機(jī)遙感技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)查監(jiān)測，由于喬木林地、竹林地、耕地等不同地類之間存在較為明顯的顏色差異，可結(jié)合歷年檔案資料，綜合分析是否存在森林資源變化及預(yù)警，結(jié)合開展實(shí)地調(diào)查，及時(shí)遏制毀林損失。

3.6 核查營造林成效

為增加森林覆蓋率，提高森林質(zhì)量，踐行生態(tài)文明思想，人們選擇進(jìn)行植樹造林、退化林修復(fù)、森林撫育等，但營造林實(shí)施區(qū)域面積較大，想要人工核查其營造林成效較為困難，無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用能夠有效幫助人們進(jìn)行營造林成效核查。正常苗與枯萎苗之間存在較為明顯的顏色差異，無人機(jī)能夠?qū)@種顏色差異進(jìn)行識別，自動在獲取的圖像中標(biāo)注正常苗與病死苗，并且在標(biāo)注完成后，自動分別統(tǒng)計(jì)二者的數(shù)量，計(jì)算造林成活率等。通過這種方式，能夠提升造林成活率計(jì)算的精準(zhǔn)度，相較于人工統(tǒng)計(jì)而言，應(yīng)用無人機(jī)遙感所統(tǒng)計(jì)出來的數(shù)據(jù)具有高精度和高速度的特點(diǎn)。

4 " 無人機(jī)遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查中 的發(fā)展方向

4.1 加大傳感器研究力度

傳感器的作用是收集目標(biāo)物的電磁波信息，通過加大傳感器的研究力度，能夠使影像的精度得到有效提升。目前，我國無人機(jī)搭載相機(jī)的約占比77%左右，但相機(jī)在高空拍攝的過程中，容易導(dǎo)致所拍攝的影像出現(xiàn)形變，影響到成像效果。同時(shí)，由于高空拍攝距離較遠(yuǎn)，對于相機(jī)而言想要拍攝到高清的影像較為困難。上述這些情況都容易導(dǎo)致森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。因此，需進(jìn)一步增加傳感器的研究力度，有效應(yīng)用光譜遙感影像技術(shù)、多視立體航攝儀等，使其能夠得到創(chuàng)新發(fā)展。

4.2 加強(qiáng)影像處理功能建設(shè)

對無人機(jī)拍攝到的影像資料，需要先對其進(jìn)行處理，然而目前，無人機(jī)中所搭載的影像處理系統(tǒng)一般為ERDAS或ENVI等較為傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感處理軟件，這些處理軟件對于影像處理的速度與能力均有限，并非是成熟的影像處理技術(shù)，因此，無人機(jī)的影像處理技術(shù)依舊有提升的空間，需要相關(guān)研究人員加大研究力度，研究出一套較為完善的影像處理系統(tǒng)。為了減少高空拍攝產(chǎn)生的形變問題，在研究影像處理技術(shù)時(shí)，還可以注意幾何校正方向的研究，完善無人機(jī)影像處理功能。

4.3 提升無人機(jī)遙感技術(shù)的工作實(shí)效性

由上述內(nèi)容可知，無人機(jī)遙感技術(shù)對于森林資源調(diào)查而言，具有較為重要的作用。然而，現(xiàn)階段，在我國森林資源調(diào)查中應(yīng)用的無人機(jī)一般都是小型無人機(jī)，小型無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間較短，僅能夠續(xù)航兩個(gè)小時(shí)，不利于長期進(jìn)行森林資源調(diào)查工作。同時(shí)，小型無人機(jī)的核重在5 kg左右，無法搭載過多的外接設(shè)備，因此，提升無人機(jī)遙感技術(shù)工作實(shí)效性是很有必要的。應(yīng)該適當(dāng)增加中、大型無人機(jī)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用，并且盡可能通過技術(shù)方式延長無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間與核載重量，使其能夠完成更多的調(diào)查工作，提升工作效率。

5 " 結(jié)束語

綜上所述，目前，無人機(jī)遙感技術(shù)已經(jīng)逐漸被應(yīng)用于森林資源調(diào)查中，并且已經(jīng)初步獲得一定成效，為森林資源調(diào)查帶來諸多有利影響。相關(guān)部門在應(yīng)用無人機(jī)及遙感技術(shù)的過程中，需要結(jié)合實(shí)際選擇適合的調(diào)查方式，對數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)收集，確保能夠促進(jìn)林業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，科研人員應(yīng)該對無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，使其能夠具備更多功能。

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