無人機遙感技術在林業管理中的應用

張強

摘 要：由于無人機遙感技術具有機動靈活、成本低、效率高等優點，因此被大量應用于地形地貌復雜、地域面積較大的林業部門管理工作中。該文通過研究無人機遙感技術的工作原理及其在林業部門管理工作中的應用，提出無人機遙感技術在后期研究工作中的重點方向，推進無人機遙感技術的發展，以期讓無人機遙感技術更好地應用于林業資源管理工作中，更好地服務于我國林業部門。

關鍵詞：無人機遙感技術；林業管理；數據分析

中圖分類號：S771.8 文獻標志碼：A

1 無人機遙感技術工作原理

無人機是一種無人駕駛的可遠程操控的飛行器。為了滿足社會發展和行業需要，無人機作為一個載體搭載著各種專業設備。因此，我們不難理解，無人機遙感技術就是無人機技術和遙感成像技術與地面基站遠程控制及信息加工處理技術的組合。無人機遙感技術主要就是通過地面工作基站對無人機進行遠程控制，利用無人機作為工作載體，搭載遙感攝影成像設備和配套輔助裝置來對林地展開森林病蟲害、森林防火、林木采伐等情況及對應的植樹造林等工作進行統籌管理。

1.1 技術設備組成

無人機遙感技術主要是由地面工作基站、無人機及其搭載的配套裝置3個部分組成。地面工作基站主要是預先設置好飛行航線，然后通過3S系統（GPS、GIS、RS）實時監控無人機的飛行狀態和機身拍攝姿勢并進行遠程操控，然后對采集獲得的數據進行信息處理和加工。無人機主要包括動力系統（發動機和機翼等）、控制系統（控制計算機、指令接收執行單元等）及通信系統等。目前，動力系統主要有汽油發動機、電動發動機和混動發動機，后期會發展為新能源電動機。搭載的配套裝置主要就是傳感器。傳感器首先是保障安全通行，并做好與地面基站的通信和控制工作，然后就是完成遙感成像、情報監測、數據采集 （空氣采樣、溫濕度）工作。傳感器遙感成像設備主要有可見光相機（可見光照片的獲取，正射影像圖的生成）、可見光攝像機（目標識別定位與追蹤）、紅外熱像儀（火災識別、火災定位）、高光譜成像儀（病蟲害識別）、合成孔徑雷達（地形地貌測繪）、激光雷達（林地參數）等。林業部門根據不同的工作需要選擇相對應的傳感器。

1.2 工作流程

無人機遙感技術工作的主要流程有前期準備工作、林地現場外業調查和內業數據分析與信息處理3個工作階段。

1.2.1 前期準備

作業前首先確定調查區林地面積、植被情況以及試驗時間內的天氣情況，有無雨霧和大風天氣。根據試驗區林地面積選擇合適的無人機，保證續航能力；根據植被發育情況和雨霧天氣選用可用作大重疊度攝影的高像素數碼相機，根據風速大小考慮是否選用固定翼無人機等。

1.2.2 林地現場調查

無人機起飛至穩定后，切換到自動飛行模式，傳感器系統、數碼相機等設備開始工作，地面工作人員實時查看無人機飛行狀態和作業情況，保證無人機按照預設的航線飛行，密切注意無人機飛行速度和高度，同時檢查此時的拍攝效果，并及時做出相應調整。拍攝作業結束后再切換至人工操控模式直至降落。

1.2.3 數據分析和信息處理

外業結束后，地面基站工作人員對外業獲取的數據和信息進行整理、校驗，對因畸變誤差和無人機拍攝姿勢引起的圖像投影變形和旋轉等問題，通過光學原理進行幾何校正，以獲得垂直投影圖像即林地調查平面圖像。根據整理的數據和信息判斷林地是否有病蟲害、火災以及林地植被發育情況。

2 無人機遙感技術的應用

2.1 林地資源信息和相關參數的獲取

林木的幾何參數主要是通過ArcGIS軟件的ArcMap模塊對遙感圖像進行分塊，并根據土地和樹種進行分類，然后采用面向對象法和人工視覺法2種方法對中低郁郁閉度的林區分塊進行選擇，再通過ArcGIS的高精度DOM模塊獲得DEM圖像，并獲得CHM文件，進而從CHM文件中提取我們需要的林木的幾何參數。

從無人機搭載的高精度傳感器所獲取的高分辨率的遙感圖像中提取林地生物量信息，采用面向對象分類方法提取單木樹冠面積數據，并結合已有現場實測的單木胸徑數據，建立樹冠面積與胸徑的函數模型，利用經驗方程，根據參數的相關性，采用統計回歸的方法，參照遙感數據反演估算生物量，另外，還可以基于可見光波段獲取植被指數，借助衛星圖像評估大面積林地區域內的森林生物量， 但受圖像分辨率影響較大。

2.2 病蟲害調查、森林火災監測、林業巡護和執法

無人機攜載高光譜成像儀或者雙光譜攝像機和可見光相機，獲取調查的林地區域高分辨率影像和高光譜數據，根據特征向量采用相似性分類法判別林地病蟲害，并確定病蟲害區域位置和范圍。無人機攜載可見光和紅外攝像機，根據特征向量采用相似性分類法判別森林火災，并確定火災區域位置和范圍。無人機搭載可見光相機和紅外熱像儀，對固定林地區域進行監測，根據特征向量采用相似性分類法判別林地違法情況，并確定違法區域位置和范圍。

3 無人機遙感技術展望

雖然目前無人機遙感技術已經發展成熟，但面對大面積的林地區域以及復雜的林地環境和監測內容，象小火點的及時發現、大重疊度攝影、航線和控制穩定等問題，如何高質量、高效地做好林地管理工作，還需要對技術和設備進行提高以滿足工作需要。

目前，我們國家的森林火災監測能力比較薄弱，很難對小火點進行監測，當監測到森林火災時已經造成大面積林地損失，加之從森林火災應急救援啟動到森林滅火的過程很長，火勢蔓延將會給我國林業資源造成巨大損失。所以高精度的遙感技術設備的研究發展至關重要。

林地生物量主要是通過遙感數據反演估算，但所需數據繁多和計算復雜。由于森林資源監測工作主要是通過ArcGIS 軟件協助完成，我們還應該重點研究如何獲取更高精度的林木幾何參數。所以傳感器精度還需要進一步提高，同時，還應該將衛星遙感和無人機遙感相結合以獲得更高的估算精度。

綜上所述，為了提高傳感器精度，低空飛行甚至是近地飛行技術還有待研究。面對復雜的林地環境，近地飛行難度極大，首先要保證航線正確和飛行穩定，還有就是對于大面積的林地調查，現有的無人機動力不足，續航能力差以及難以應對不良天氣等缺點還有待改進。

4 結語

森林是我國的重要資源，監測林地環境工作非常重要，鑒于此，我們還需要研發高精度的技術設備，提高無人機遙感技術水平，以獲取高精度的林地監測數據和信息，為國家林業管理工作提供可靠的依據。

參考文獻

[1]趙國帥.無人機遙感在林業中的應用與需求分析[J].福建林業科技，2017（1）：136-140.

[2]路寬，佘振維，王圣先.無人機遙感在森林資源監測中的應用[J].低碳世界，2017（34）：355-356.