三門江林場森林資源調(diào)查中無人機遙感技術(shù)的應(yīng)用實踐

摘 要 為提高無人機森林資源調(diào)查的準(zhǔn)確度，以廣西國有三門江林場的無人機遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用為例，探討其在森林調(diào)查規(guī)劃、林業(yè)有害生物監(jiān)控及森林火災(zāi)監(jiān)測等方面的應(yīng)用效果及存在的不足。實踐發(fā)現(xiàn)，目前三門江林場在森林資源調(diào)查中使用無人機遙感技術(shù)存在自動拍照模式缺乏靈活度和針對性，易受地形、天氣等因素影響而降低衛(wèi)星信號等問題，因此提出靈活選用航拍模式，采用“對坡勾圖”方式避免信號降低，充分考慮天氣與人為因素等對策。

關(guān)鍵詞 無人機；遙感技術(shù)；森林資源調(diào)查；應(yīng)用；廣西國有三門江林場

中圖分類號：S757.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.22.044

森林資源調(diào)查主要是針對林地、林木及林區(qū)范圍內(nèi)的動植物及林地環(huán)境條件等調(diào)查對象而進(jìn)行的一種林業(yè)調(diào)查，并對土地與森林資源的現(xiàn)狀進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)地清查，包括森林資源數(shù)量、質(zhì)量、生長及消亡規(guī)律等，結(jié)合森林調(diào)查結(jié)果制定合理有效的林業(yè)政策，包括森林林種類型、規(guī)模及比例，為林業(yè)造林計劃奠定基礎(chǔ)，保障人工造林規(guī)劃的科學(xué)性，提高森林資源的利用率，減少森林資源的浪費[1]。

目前，林業(yè)調(diào)查中常用的調(diào)查方式包括目測、抽樣、遙感等。目測和抽樣的林業(yè)調(diào)查方式需要耗費大量的人力物力，同時易受主觀因素的影響，因此不適用于大面積的林業(yè)調(diào)查。而遙感技術(shù)是基于全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System， GPS）、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）等無線通信技術(shù)的監(jiān)測調(diào)查技術(shù)，能減少人為因素引起的誤差，提高林業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)的客觀性[2]。無人機遙感技術(shù)是基于無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、通信技術(shù)等綜合技術(shù)，用以獲取精準(zhǔn)的國土、資源、環(huán)境等空間遙感信息，具有低成本、低損耗、可循環(huán)使用、誤差小、風(fēng)險小等優(yōu)點，在林業(yè)資源調(diào)查中逐漸得到重視和應(yīng)用。

1 三門江林場森林資源調(diào)查中無人機應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 三門江林場概況

廣西位于我國地勢第二臺階中云貴高原東南邊緣，西北高、東南低，呈西北向東南傾斜狀，山嶺連綿、山體龐大、嶺谷相間，其中山地面積占全區(qū)總面積將近40%，且桂中地區(qū)以連片的喀斯特地貌廣泛分布為主，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限。而廣西國有三門江林場（以下簡稱三門江林場）位于廣西中部地區(qū)，地跨柳州市城中區(qū)、鹿寨縣和來賓市象州縣，場內(nèi)和場外的林地地貌以丘陵、中山、低山為主，且以中、低丘和石山、土山交叉分布，場內(nèi)林地平均海拔為200 m，場外林地海拔在600～800 m[3]。

1.2 無人機在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用優(yōu)勢

由于三門江林場的經(jīng)營面積廣，且經(jīng)營林地的地形復(fù)雜多樣，外業(yè)調(diào)查工作任務(wù)重，尤其在夏季高溫多雨季節(jié)執(zhí)行森林資源外業(yè)調(diào)查工作，單純依靠傳統(tǒng)的林業(yè)調(diào)查方式實地勘測和考察，不僅工作效率低，還需要耗費大量的人力物力，同時對外業(yè)調(diào)查人員的人身安全還存在一定的威脅。而采用無人機執(zhí)行森林資源調(diào)查工作，借助無人機深入偏僻危險區(qū)域，再利用GPS定位及遙感技術(shù)，將監(jiān)測區(qū)域以圖片或視頻的形式清晰地展現(xiàn)，包括林地的坡度大小、地面情況等，并結(jié)合相關(guān)的數(shù)據(jù)形成三維立體的模型，可顯著提高森林資源信息的全面性和準(zhǔn)確性，實現(xiàn)智能化、自動化的建模和應(yīng)用分析，提高森林資源外業(yè)調(diào)查的工作質(zhì)量和工作效率，大大節(jié)約人力物力和時間成本。

2 三門江林場森林資源調(diào)查無人機應(yīng)用實例

2020年3月3日，三門江林場購入18臺大疆精靈Phantom 4RTK無人機，無人機保有量增至26臺，實現(xiàn)營林生產(chǎn)單位配備全覆蓋，主要用于森林資源管護(hù)、森林防火監(jiān)控等業(yè)務(wù)[4]。

2.1 森林調(diào)查規(guī)劃

無人機在森林調(diào)查、監(jiān)測及規(guī)劃中的應(yīng)用，主要是通過具有攝像功能的無人機設(shè)備及遙感技術(shù)，對目標(biāo)林地區(qū)域進(jìn)行影像圖片和視頻的拍攝和捕捉，為林業(yè)調(diào)查工作人員提供高清且豐富的影像圖片和視頻資料。利用無人機遙感技術(shù)調(diào)查的數(shù)據(jù)通過無線信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸?shù)缴仲Y源調(diào)查系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的林地覆蓋情況、森林資源動態(tài)變化等進(jìn)行精準(zhǔn)地測量、監(jiān)測和反映。如通過人工地面隨機調(diào)查的方式對無人機監(jiān)測枯死松樹的準(zhǔn)確度進(jìn)行驗證，發(fā)現(xiàn)無人機檢查枯死松樹的準(zhǔn)確度為95%[5]。因此，采用無人機能夠?qū)崿F(xiàn)對林地、林木高準(zhǔn)確度的實時監(jiān)測。

三門江林場利用GPS和遙感（Remote Sensing，RS）技術(shù)，通過構(gòu)建森林資源和環(huán)境資源調(diào)查數(shù)據(jù)庫，基于各項調(diào)查數(shù)據(jù)的合理分析結(jié)果，實現(xiàn)GPS位置數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)庫、RS圖像與面板數(shù)據(jù)內(nèi)容數(shù)據(jù)整合，利用“3S”信息系統(tǒng)與無人機遙感技術(shù)實現(xiàn)林業(yè)數(shù)據(jù)的采集及處理。如成功對2020年全年生產(chǎn)計劃40萬m3的木材進(jìn)行伐區(qū)數(shù)據(jù)的調(diào)查；通過“3S”信息系統(tǒng)與無人機遙感技術(shù)完成伐區(qū)調(diào)查設(shè)計面積共計3 518.1 hm2；協(xié)助林場職能部門完成林地收購調(diào)查面積1.6萬hm2，約占林場總經(jīng)營面積的1/4[6]。

2.2 林業(yè)有害生物監(jiān)控

林業(yè)有害生物是森林中常見的自然災(zāi)害之一，主要包括病、蟲、雜草等有害生物，可對林業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。2022年廣西全區(qū)林業(yè)有害生物發(fā)生總面積為36.58萬hm2，占廣西全區(qū)森林總面積的2.5%，同比增加3.44%；發(fā)生率為3.94%，其中成災(zāi)面積達(dá)2.32萬hm2[7]。傳統(tǒng)人工監(jiān)控模式存在工作難度和強度大的缺點，尤其對于偏遠(yuǎn)山區(qū)林業(yè)有害生物的監(jiān)測而言，其環(huán)境復(fù)雜度和監(jiān)測樣地可達(dá)性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)難于平原地區(qū)。而采用無人機遙感技術(shù)對林業(yè)有害生物進(jìn)行監(jiān)測，一般是搭載攝像設(shè)備對目標(biāo)區(qū)域的有害生物進(jìn)行檢查和系統(tǒng)分析，能夠及時、精確地了解目標(biāo)區(qū)域的有害生物發(fā)生類型及受害程度，并予以針對性的防治措施，減少有害生物造成的林業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。

2020年10月1日—11月15日，三門江林場采用無人機航拍、PDA調(diào)查系統(tǒng)等方式，通過森防站聯(lián)合基層各單位對十二灣、導(dǎo)江、江口、馬步、龍母及大朋等6個分場開展2020年秋季薇甘菊普查工作，普查面積超過1萬hm2，實現(xiàn)林區(qū)監(jiān)測全覆蓋[8]。

2.3 森林火災(zāi)監(jiān)測

與其他的自然災(zāi)害相比，由于森林火災(zāi)具有突發(fā)性強和破壞性大的特征，救援難度與影響程度大。采用衛(wèi)星遙感監(jiān)測無法識別小面積火情，尤其易受地形、天氣等因素的影響，監(jiān)測難度大。而無人機遙感技術(shù)更加靈活、快速和準(zhǔn)確，能夠?qū)崿F(xiàn)較大范圍的不同發(fā)生程度的森林火情監(jiān)測。此外，利用無人機機動性強的特點，可有效擴(kuò)大森林防火宣傳覆蓋范圍，如2020年4月，三門江林場首次使用無人機在所管轄林區(qū)循環(huán)播放森林用火安全提示，宣傳覆蓋16個村屯，面積達(dá)1 200 hm2，飛行往返次數(shù)20余次[9]。

為強化林業(yè)科技支撐，三門江林場通過“人防+技防”“空中+地面”相結(jié)合的方式進(jìn)行巡山防火，除常規(guī)望火樓瞭望員24 h值班瞭望、護(hù)林員分組分區(qū)分片巡護(hù)外，運用無人機開展森林防火巡護(hù)。利用“水印相機”APP定位功能，要求巡護(hù)人員定期拍攝巡護(hù)林區(qū)情況，讓林區(qū)情況可視化、更直觀，實現(xiàn)信息更新更加精準(zhǔn)高效[10]。

3 存在的不足

3.1 自動拍照模式缺乏靈活度和針對性

目前，三門江林場利用無人機在野外調(diào)查拍照作業(yè)共有兩種拍照模式，分別為自動拍照和手動拍照，其中自動拍照模式是無人機在規(guī)劃好的預(yù)設(shè)航線中自動執(zhí)行任務(wù)，拍攝的影像資料能夠?qū)崿F(xiàn)實時電腦合成，通過ArcGIS軟件準(zhǔn)確勾繪有林范圍并計算面積，實際應(yīng)用頻率較高；手動拍照模式則是通過人為手動的方式利用無人機在目標(biāo)區(qū)域拍照，手動拍攝的影像資料只能通過照片判斷有林范圍，易受主觀因素的影響。但使用手動拍照模式能夠在現(xiàn)場清晰地看到林地實際情況，提高監(jiān)測的靈活性和針對性，對存在異議處可當(dāng)場確認(rèn)，有效避免將其他林地劃入；而自動拍照模式由于是預(yù)先設(shè)定航線，在實際應(yīng)用中缺乏針對性和靈活性。

3.2 易受地形因素影響而降低衛(wèi)星信號強度

由于三門江林場場內(nèi)和場外的林地地貌以丘陵、中山、低山為主，且各種地貌交叉分布，走向錯綜復(fù)雜，無人機在森林資源調(diào)查中易受到植被與地形等區(qū)域因素的影響，干擾衛(wèi)星信號，進(jìn)而會影響遙控器對飛行器的控制，導(dǎo)致不能正常完成作業(yè)或?qū)嶋H獲取的森林資源信息有一定的誤差。

3.3 無人機自重過輕易受風(fēng)力影響

部分無人機自身重量較輕，在其飛行到一定的高度時，易受高空中的風(fēng)力影響，造成無人機偏離原定的飛行航線，而且由于無人機的飛行狀態(tài)不穩(wěn)定，最終對其拍攝影像的清晰度造成影響。

4 優(yōu)化對策

4.1 靈活選用航拍模式

在實際的森林資源調(diào)查中，可根據(jù)林業(yè)調(diào)查的實際需要，對于面積超過330 hm2的林地，可優(yōu)先考慮采用自動預(yù)設(shè)模式；對于小范圍或存疑的林地，可采用手動模式。此外，在條件允許的情況下，綜合應(yīng)用兩種航拍模式，以提高森林調(diào)查數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度和真實性。

4.2 采用“對坡勾圖”方式避免信號降低

在無人機作業(yè)時，應(yīng)盡量選在所要進(jìn)行作業(yè)的林地中心點，或在空曠的林地邊、山頂上，作業(yè)路徑為直線到對面的山頂或者空曠的地點，實現(xiàn)“對坡勾圖”，并適當(dāng)將飛行器的飛行距離和高度調(diào)遠(yuǎn)、調(diào)高，使遙控器和飛行器能更好地連接，以避免信號降低而影響成像質(zhì)量。

4.3 充分考慮天氣與人為因素

在森林資源調(diào)查工作中使用無人機進(jìn)行森林?jǐn)?shù)據(jù)采集時，應(yīng)盡可能避免大風(fēng)天氣，從而避免由于天氣而影響最終調(diào)查的成像信息。此外，通過對無人機操作人員的定期培訓(xùn)，提高操作技能和水平，降低人為因素引起的數(shù)據(jù)采集誤差。

5 結(jié)語

總而言之，無人機遙感技術(shù)由于其便捷性、安全性、準(zhǔn)確性已然成為森林資源調(diào)查的發(fā)展趨勢。在實際的應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合需要，因地制宜，綜合考慮天氣因素，靈活選用航拍模式，采用“對坡勾圖”方式避免信號降低，減少客觀和主觀因素導(dǎo)致的成像質(zhì)量下降，以提高無人機森林資源調(diào)查的準(zhǔn)確度。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉原輝.淺談森林資源調(diào)查方法[J].現(xiàn)代園藝，2013（16）：210.

[2] 莫東明.林業(yè)規(guī)劃設(shè)計與調(diào)查中存在的問題及對策[J].中國林副特產(chǎn)，2022（3）：93-95.

[3] 趙文東，覃美春.廣西國有三門江林場森林經(jīng)營管理存在的問題及對策[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2016，36（22）：167-168.

[4] 廣西壯族自治區(qū)林業(yè)局.三門江實現(xiàn)營林生產(chǎn)單位無人機配備全覆蓋[EB/OL]. （2020-03-11）[2023-08-12]. http：//www.gxlinqitong.com/index.php？m=contentamp;c=indexamp;a=showamp;catid=9amp;id=326.

[5] 尹華陽，湯宗斌，董廣平.無人機監(jiān)測枯死松樹技術(shù)應(yīng)用研究[J].安徽林業(yè)科技，2020，46（4）：3-5.

[6] 梁莉玲.試論森林資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)對環(huán)境保護(hù)的作用[J].南方農(nóng)業(yè)，2021，15（9）：106-107.

[7] 秦玉蓮.廣西發(fā)布2022年全區(qū)林業(yè)有害生物發(fā)生情況及2023年趨勢預(yù)測[EB/OL]. （2023-04-14）

[2023-08-12]. http：//www.forestry.gov.cn/main/394/20230414/135938920809826.html.

[8] 謝秋蓉.我場完成2020年秋季薇甘菊普查工作[EB/OL]. （2020-11-18）[2023-08-12].http：//www.smjlc.com.cn/index.php？c=showamp;id=9000.

[9] 邱玉麗.三門江林場：慎終追遠(yuǎn)，用文明緬懷先輩[EB/OL]. （2020-04-20）[2023-08-12]. http：//gxlz.wenming.cn/jr/202103/t20210302_6980615.html.

[10] 國家林業(yè)和草原局.三門江：黨建+森林防火，筑牢安全保障線[EB/OL].（2022-04-08）[2023-08-12]. http：//www.forestry.gov.cn/zyw/5044/20220413/192627071976643.html.

（責(zé)任編輯：張春雨）