無人機在林業有害生物監測中的應用探討

摘要：在現代林業管理中，監測和控制有害生物是一項重要的工作內容，其與森林健康和生態系統穩定性之間存在密切的聯系。傳統監測方法往往昂貴且效率低下，無法及時發現和應對有害生物的擴散。但是，隨著無人機技術的迅猛發展和應用，特別是其在數據采集和空間監測方面的優勢，無人機在林業有害生物監測中展示出了巨大的潛力?；诖?，文章對無人機在林業有害生物監測中的具體應用進行了分析和探究，旨在通過探究，能夠為相關工作的展開起到一定參考作用。

關鍵詞：無人機；林業；有害生物；監測

在林業有害生物監測過程中，運用無人機不僅能夠高效快速地掃描大范圍的森林區域，其搭載的各種傳感器和攝像設備，還能夠實時獲取高分辨率的圖像以及數據。通過匯總相關數據并進行分析，不僅有助于及早發現有害生物的跡象，還可以幫助森林管理者進行精確的定位和評估，從而制定有效的防控策略。當前，無人機技術在林業有害生物監測中的應用已成為當前研究的熱點問題。

1 無人機在林業有害生物監測中的應用優勢

1.1 廣闊的覆蓋范圍和可及性

在進行林業有害生物監測時，利用無人機能夠飛越崎嶇地形和茂密植被林區的特性，使其進入人類難以到達的區域，從而有效擴大有害生物監測的覆蓋范圍。這種能力使得無人機能夠發現和監測到在傳統方法中易被忽視的有害生物跡象。并且一些無人機搭載著高分辨率傳感器以及先進成像技術，可以捕捉到細微的有害生物跡象，提高監測的準確性和及時性。這些技術能夠在不影響環境的前提下，精確地識別出有害生物的位置和擴散情況。并且無人機具備快速部署和重新部署的能力，能夠根據監測需求，迅速地調整飛行計劃和區域覆蓋，從而提高監測作業的效率和頻率。這對于應對突發的有害生物事件來說，能夠起到積極的促進作用。

1.2 自動化和實時監測

無人機配備了自主飛行和數據處理系統，能夠實現監測任務的自動化。該能力降低了對人力資源的需求，并且能夠大大降低監測成本。無人機可以按照預設的飛行路線與參數，執行監測任務，高效地完成監測工作。并且搭載先進傳感器和數據傳輸設備的無人機可以實時傳輸監測數據，并進行即時分析和處理。這種實時性使得監測人員能夠迅速獲取有害生物入侵的信息和數據，提供及時的預警和響應。由于無人機可以隨時部署和重新部署，監測頻率得以顯著提高。在有害生物管理中，及時的監測和響應對于防止有害生物擴散和減少損害至關重要，能夠極大增強管理人員對森林健康狀態的實時了解以及控制水平[1]。

1.3 高分辨率成像和數據收集

無人機搭載的高分辨率相機以及傳感器，可以較為詳細地捕捉森林覆蓋下的各種細微特征，及時發現各種有害生物如昆蟲、真菌和雜草的跡象，通過應用，監測人員即能夠精確識別和監測有害生物的分布和活動，早期發現并做出預警。無人機收集的數據能夠與其他來源的信息（如遙感圖像和歷史數據）相結合，并進行綜合分析。通過綜合分析，即能夠全面評估有害生物的分布情況以及變化趨勢，為制定針對性的防控策略提供科學依據。無人機數據的高分辨率和精度，加上實時數據傳輸和分析能力，大幅提升了監測的準確性和時效性。管理人員能夠更為及時地獲取有害生物的最新信息，快速采取有效的控制措施，最大限度地減少森林資源因有害生物而遭受的損失。

1.4 數據整合和共享

無人機收集的高分辨率數據能夠與其他監測系統例如遙感和地面監測等進行整合，從而提供更全面、多層次的有害生物信息。通過綜合分析不同來源的數據，能夠深入理解有害生物的分布還有影響，為決策者提供更為精準的數據支持。無人機數據的共享和分析有助于不同區域間的合作以及信息交流。并建立全面的有害生物數據庫，使得相關機構能夠共享數據資源，共同應對跨區域的生態挑戰，提升監測和管理的效率和覆蓋范圍。通過數據整合和共享，能夠建立更為完整和動態的有害生物數據庫，為未來的預測模型和決策工具提供堅實的基礎。模型的建立，能夠幫助管理人員精準預測有害生物的發生趨勢以及可能造成的影響，并及時采取有效的預防與應對措施[2]。

1.5 環境友好和可持續性

由于無人機監測操作是非侵入性的，其在監測時，不會對森林生態系統造成嚴重的干擾。相較于傳統的實地勘查方法，無人機能夠在不接觸地面的情況下，完成監測任務，即能夠有效保護森林生物多樣性以及自然棲息地。且無人機多采用電動或混合動力，相比于傳統的飛行器和車a2ae74cc99d6d60cc5682d6afd761790b0d3593056584dbdb3e1fcc3ccc918ec輛，能夠明顯地減少了碳排放。這種環保特性符合現代社會對于減少碳足跡和推動可持續發展的迫切需求。并且無人機能夠高效地收集大量數據，減少了對林地的頻繁實地勘查需求，降低了勘查頻率。這不僅降低了人員和車輛對林地生態的影響，還提升了監測效率和成本效益。

2 無人機在林業有害衍生物監測中的具體應用

2.1 獲取待監測區域的電子地圖

借助無人機，對林區的有害生物情況展開監測，即能夠為后續的監測工作提供基礎信息。在相關監測工作進行時，可結合待監測區域的地形以及目標，規劃無人機具體的飛行路徑。首先，應確定好無人機的起飛點和降落點，并識別監測區域內的所有潛在障礙物，如樹木、建筑、山脊等，同時記錄其具體的位置。之后結合地面站軟件，細致地規劃無人機從起點到終點的飛行路徑，保證后期監測時，能夠避開障礙物，并保證監測工作能夠確保覆蓋整個監測區域。在設定好的航線上，可以間隔10～15 m選擇一個點，作為識別點，用于后續的光譜影像采集。這樣能夠保證采集的數據具有足夠的分辨率和覆蓋范圍。后期無人機按照設定好的路徑飛行，進行連續光譜影像采集，這一期間可使用多光譜傳感器和高分辨率相機，確保捕獲高質量的圖像和光譜數據[3]。

對所采集到的光譜影像數據，做好后續的處理與分析，具體可將光譜影像中的每個像素點的光譜反射率計算出來，這些反射率數據是后續分析的基礎；并應用RX算法，識別圖像序列中的病蟲害區域。RX算法是一種異常檢測算法，可以用來識別光譜影像中的異常點。并且，結合可見光或近紅外波段的反射率，即能夠確定病蟲害像素點，這些像素點在光譜反射率上有顯著差異。在進行反射率門限確定時，可結合具體的經驗或試驗，確定反射率的門限值，用于區分健康植被和受害植被。最后將反射率達到門限值的像素點聚類，形成病蟲害區域。這些區域可以是由病害像素點組成的區域或其邊緣線內部區域。

通過上述操作，即能夠獲取一張詳細的電子地圖，以及該區域內病蟲害的光譜影像數據和分析結果。相關數據將為后續的監測和防治工作提供重要的信息支持，幫助及時發現和處理病蟲害問題，避免其進一步擴散和蔓延。

2.2 獲取航拍圖片、搭載設備的參數、無人機飛行路徑及姿態信息

無人機在對林業有害生物監測過程中，獲取高品質的航拍圖片并處理相關數據，對于做好監測工作有著重要意義。相關監測工作進行時，根據無人機航測標準，使用無人機搭載的多光譜傳感器及其他相關設備進行航拍，即能夠獲得航拍圖片。要保證能夠獲取覆蓋整個監測區域的高分辨率圖像，并詳細記錄無人機的飛行路徑及姿態信息，為后續的數據處理和校正提供關鍵參考。

針對所獲取到的航拍照片，可進行后續的處理。例如，可通過圖像處理軟件，對其亮度和色彩等做進一步調整，確保每張照片的一致性和高質量。可以將連續拍攝的照片進行拼接，并生成一張較為完整的區域圖像。若是在霧氣等極端條件下拍攝的照片，可使用相關算法進行除霧處理，以提高圖像的清晰度。處理時，可以選擇合適的數據處理工具，例如，可使用MAPAT航測數據處理軟件、ArcGIS軟件及ERDAS遙感圖像分類軟件等工具，并對圖像展開進一步地分析，針對不符合要求的照片，進行補充飛行，確保數據的完整和準確。條件允許的情況下，可采用光束法局域網平差技術，對特征區域較少的林區進行高精度幾何校正；亦可以通過顏色轉換、空間濾波、對比度增強等方法，增強圖像的對比度和清晰度。

進行地理信息處理時，應加強數據技術的應用，可以將林區的地理信息轉換成坐標系統，并通過空中三角測量技術制作1∶1 500分幅的數字正射影像圖，覆蓋更廣泛的林區；并在數字正射影像圖上，解譯獲取的枯死、凋零和變色樹木分布的矢量信息。該步驟進行時，無人機的高空俯視角度和多光譜傳感器提供的豐富數據，有助于精準提取病害生物的分布情況。最后可結合各項處理和分析措施，生成覆蓋監測區域的高分辨率正射影像圖和矢量信息圖，為林業管理和有害生物監測提供科學依據。相關數據和信息，能夠幫助管理人員更好地理解和應對森林病害問題，實現精準化和高效化的管理。

2.3 建立有害生物三維模型

最后可基于上述操作，建立有害生物的三維模型，并對林業病蟲害監測情況展開深入分析。相關操作進行時，首先要進行數據的整合，將之前獲取的數字化影像和多光譜數據等，做好進行整合，其包含豐富的信息，像林木的健康狀態、病蟲害的分布和變化等。之后利用三維建模軟件，將整合后的數據輸入進行初步的三維場景重建。通過對相關工具的應用，即能夠生成高精度的三維森林模型，展示具體的林木結構和空間分布。在三維模型中，可以利用多光譜數據識別并標注出有害生物的具體位置和分布。通過光譜反射率的不同，對健康的林木和受病蟲害影響的林木區域做好劃分與區分；并應用時間序列數據，對不同時間點的森林三維模型進行比對分析，識別疾病傳播的動態變化和趨勢。通過這種實時監測，可以把握病蟲害發生的黃金期。

基于三維模型，利用機器學習和數據分析方法，即能夠建立病蟲害發生的規律性模型。通過對歷史數據的學習和分析，能夠對未來病蟲害可能的發生區域和嚴重程度展開預測；并且將生成的三維病害分布模型和預測結果應用于實際管理中，為防治病蟲害提供科學依據。在防治病蟲害過程中，可以利用三維模型直觀地展示病蟲害的分布情況，制定更精準的管理措施；且利用三維可視化技術，可以將病蟲害的三維模型可視化展示。借助直觀的三維視角，管理人員能夠更為清晰地了解病蟲害的分布和變化，從而制定更加有效的防治策略。結合三維模型的預測和實際情況，進行實地勘查和驗證，能夠保證三維模型和實際發生情況的一致性，為持續改進和優化模型提供反饋；并最終實現對林業病蟲害的實時動態監測和精準防控，有效避免病蟲害的擴散和蔓延，進一步提高森林管理的效率和效果[4]。

3 無人機輔助監測的發展展望

3.1 多平臺協同監測

綜合多平臺協同監測是推動無人機在林業有害生物監測中應用的重要策略之一。通過將無人機監測與衛星遙感、地面監測等技術有機結合，形成了一個高效、全面的監測體系。這種整合不僅能夠彌補單一平臺監測的局限性，還能夠大幅提升監測的準確性、時效性和全面性。這種綜合監測系統能夠利用無人機的靈活性和高空視角快速發現和定位植被覆蓋下的潛在問題，如病蟲害或環境變化；并且，結合衛星遙感技術監測能力以及地面監測的詳細數據采集，能夠使得監測結果變得更為全面和可信。

3.2 無人機自主飛行與智能規避

未來通過開發先進的自主飛行算法和安裝智能傳感器，無人機能夠在復雜多變的環境中實現高效的自主導航和避障能力，從而顯著提升監測過程中的安全性和可靠性。自主飛行算法的發展使得無人機可以更精確地執行任務，如在森林中低空飛行或復雜地形中高效航行。智能傳感器的應用則能夠實時獲取環境數據，幫助無人機快速作出反應，比如發現障礙物并采取避讓動作。相關技術的結合，使得無人機監測在面對挑戰性環境時更加可靠和安全，在提升操作效率的同時，保證了監測數據的質量和可用性[5]。

3.3 物聯網集成與數據傳輸

在無人機上集成物聯網模塊，可以實現與地面基站和邊緣計算設備的連接，構建低功耗、高可靠的數據傳輸網絡，確保監測數據及時傳輸。同時，開發數據管理平臺能夠集中存儲和管理監測數據，為后續分析和決策提供基礎支持。這些技術能夠有效提升農業生產的智能化水平，幫助農民實現精準農業管理和資源優化利用。

3.4 綠色環保與可持續發展

林業管理中，綠色環保與可持續發展是至關重要的考慮因素。采用綠色環保的無人機平臺不僅有助于減少對環境的影響，還能通過高效的監測技術來優化資源的使用，從而減少對生態系統的潛在破壞。

4 結語

綜上所述，無人機在林業有害生物監測中的應用有著較大的潛力，其作為一種高效快捷的監測工具，不僅可以廣泛應用于大范圍的森林區域，還可以實時獲取高分辨率的圖像和數據，并幫助森林管理者及早發現并有效應對有害生物的威脅。隨著無人機技術的不斷發展和應用經驗的積累，應加強技術應用，使其在林業有害生物監測中發揮更大的作用，為森林健康和生態平衡的維護提供持續支持，為實現可持續的林業管理和生態保護起到積極的促進作用。

參考文獻

[1] 高偉.無人機技術在林業有害生物監測防治中的運用探索[J].現代園藝，2024，47（6）：100-102.

[2] 莫金英.無人機在林業有害生物防治中的應用[J].中國林業產業，2023（12）：111-113.

[3] 章武英，趙強.多光譜無人機在林業有害生物監測中的應用探討[J].新農業，2023（12）：75-77.

[4] 段立強.林業有害生物調查中高新技術應用——以甘肅祁連山國家級自然保護區為例[J].現代園藝，2023，46（6）：66-68.

[5] 趙強，章武英.植保無人機在林業有害生物防治上的應用[J].新農業，2022（20）：31-32.