無人機(jī)在林業(yè)執(zhí)法中的應(yīng)用

黃文杰

在傳統(tǒng)的林業(yè)執(zhí)法中，執(zhí)法不僅耗時(shí)耗力，周期長，而且取證困難。隨著現(xiàn)代人工智能化的發(fā)展，無人機(jī)在林業(yè)執(zhí)法中起到了重要作用。無人機(jī)具有時(shí)效性強(qiáng)、成本低和應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，為林業(yè)執(zhí)法部門執(zhí)法提供了科學(xué)依據(jù)。

隨著城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，違法占用林地和破壞林地的情況日益嚴(yán)重，而保護(hù)林地是實(shí)現(xiàn)我國生態(tài)文明建設(shè)和低碳發(fā)展的重要保障。在傳統(tǒng)的林業(yè)執(zhí)法過程中，執(zhí)法過程不僅耗時(shí)耗力，效率低下，而且執(zhí)法工作人員的安全沒有保障。隨著現(xiàn)代化人工智能的發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)在日常林業(yè)工作中的涉足領(lǐng)域也在增加，這一先進(jìn)技術(shù)的普及對(duì)于林業(yè)執(zhí)法工作人員的效率提升、精度提高、人力物力的節(jié)約上起到了高效積極的推進(jìn)作用。無人機(jī)作為林業(yè)執(zhí)法過程中的重要手段，可以滿足林業(yè)執(zhí)法人員對(duì)違法占用和破壞林地的行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)察，能夠有效的保護(hù)林地資源，踐行綠水青山就是金山銀山的新發(fā)展理念。

一、無人機(jī)執(zhí)法工作原理及優(yōu)勢(shì)

1、無人機(jī)執(zhí)法工作原理

無人機(jī)主要是由飛行器系統(tǒng)、測控及信息傳輸系統(tǒng)、信息獲取與處理、保障系統(tǒng)和地面控制系統(tǒng)組成。無人機(jī)作為空中平臺(tái)，搭載高清攝影鏡頭，通過地面飛行控制系統(tǒng)對(duì)執(zhí)法范圍進(jìn)行航線規(guī)劃，根據(jù)航線自動(dòng)計(jì)算出航拍參數(shù)，獲取高分辨的正射影像，通過導(dǎo)入地面像控點(diǎn)的坐標(biāo)對(duì)獲取的正射影像進(jìn)行糾正，然后對(duì)糾正后的影像進(jìn)行現(xiàn)狀區(qū)劃，最后得出違占和破壞林地的面積。

2、無人機(jī)執(zhí)法工作優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)在林業(yè)執(zhí)法中的應(yīng)用是一個(gè)全新的領(lǐng)域，它突破了傳統(tǒng)林業(yè)執(zhí)法的束縛，與航空和航天衛(wèi)星相比，無人機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）時(shí)效性高

無人機(jī)能夠響應(yīng)低空飛行，起飛準(zhǔn)備時(shí)間短，操作便利，對(duì)天氣的要求相對(duì)較低;

（2）成本低

無人機(jī)置夠費(fèi)用低，運(yùn)營成本和維護(hù)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人工的成本。除此之外，還能極大的縮短時(shí)間成本;

（3）分辨率高

無人機(jī)都搭載高清鏡頭，航拍影像的分辨率能夠達(dá)到1cm，對(duì)于林業(yè)執(zhí)法的要求已經(jīng)完全滿足。

無人機(jī)重量相對(duì)較輕，不受飛行環(huán)境影響，對(duì)飛行場地要求低，飛行方式靈活，能快速響應(yīng)航拍任務(wù)。大部分無人飛行任務(wù)航拍高度在1千米以下，一般不需特別申請(qǐng)空域，可以開展各類型的監(jiān)測活動(dòng)。無人機(jī)的低成本、高效率、高分辨率、高時(shí)效性都為林業(yè)執(zhí)法及時(shí)提供依據(jù)，而且較少各方面的人為干擾，為現(xiàn)代化科技執(zhí)法提供了可靠保障，減少了違法占用和破壞林地的行為。

二、無人機(jī)在林業(yè)執(zhí)法中的技術(shù)步驟

利用無人機(jī)進(jìn)行林業(yè)執(zhí)法，主要分為4個(gè)步驟：前期準(zhǔn)備、外業(yè)航拍、數(shù)據(jù)處理和報(bào)告編制。

1、前期準(zhǔn)備

主要包括無人機(jī)檢查，電池電量檢查，了解飛行區(qū)域的情況，調(diào)查天氣狀況，避開雨天以及霧天，選擇無風(fēng)的天氣。根據(jù)執(zhí)法范圍界限，選擇適合的無人機(jī)，規(guī)劃好外業(yè)飛行航線，設(shè)置好影像的地面分辨率、照片重疊度、地面像控點(diǎn)布置等參數(shù)。

2、外業(yè)航拍

根據(jù)執(zhí)法范圍的實(shí)際情況需要優(yōu)化航線，布置地面像控點(diǎn)，對(duì)航拍完成后的正射影像及時(shí)檢查，查看是否符合要求，是否需要復(fù)飛。

3、數(shù)據(jù)處理

收集好外業(yè)航怕的正射影像，使用圖像處理軟件（其中包括對(duì)影像的預(yù)處理、空中三角測量等）完成對(duì)正射影像的拼接工作，生成破壞林地的正射影像圖。

4、報(bào)告編制

根據(jù)生成的正射影像，結(jié)合外業(yè)測量的像控點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)像控點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)影像進(jìn)行坐標(biāo)糾正，再結(jié)合當(dāng)?shù)刈钚碌牧值鼗A(chǔ)數(shù)據(jù)庫，對(duì)涉及違法占用和破壞林地的地塊進(jìn)行現(xiàn)狀區(qū)劃，統(tǒng)計(jì)相關(guān)林地?cái)?shù)據(jù)及面積，最后編制成果報(bào)告，提供給當(dāng)?shù)亓謽I(yè)執(zhí)法部門進(jìn)行執(zhí)法。

三、無人機(jī)林業(yè)執(zhí)法的應(yīng)用方法及實(shí)例研究

1、應(yīng)用方法

（1）地面像控點(diǎn)坐標(biāo)采集

本次林業(yè)執(zhí)法研究案例通過全球定位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（簡稱GPS-RTK）采集地面像控點(diǎn)坐標(biāo)。在無人機(jī)對(duì)執(zhí)法范圍進(jìn)行航拍時(shí)，根據(jù)林業(yè)執(zhí)法范圍和需要的精度布置地面像控點(diǎn)，通過GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行像控點(diǎn)坐標(biāo)測量，獲得精確的坐標(biāo)。

（2）攝影測量技術(shù)

無人機(jī)對(duì)執(zhí)法范圍的采用的是正射航拍技術(shù)，即在從一個(gè)垂直下視角度采集影像。在采集相片時(shí)，記錄相片的高度、坐標(biāo)、航向和旁向重疊等參數(shù)，然后對(duì)正射影像進(jìn)行進(jìn)一步分析處理。根據(jù)所需調(diào)查精度的要求，輕小型無人機(jī)的飛行高度設(shè)置在260m以下，即可以獲得地面分辨率小于0.05m的影像數(shù)據(jù)。

2、林業(yè)執(zhí)法應(yīng)用實(shí)例

（1）無人機(jī)攝影測量外業(yè)作業(yè)

2019年1月，深圳市大鵬新區(qū)南澳辦事處在無人機(jī)巡查過程中發(fā)現(xiàn)有人違法破壞林地，為了快速準(zhǔn)確的獲取破壞林地的面積，采用無人機(jī)正射航拍的方法對(duì)破壞林地的范圍進(jìn)行測量，為了能精確的反映破壞林地的現(xiàn)狀，航拍影像地面分辨率為0.05m。本次林業(yè)執(zhí)法航測采用大疆精靈系列無人機(jī)，該無人機(jī)體積小，方便攜帶，操作簡單，飛行時(shí)間長，能夠滿足本次林業(yè)執(zhí)法的要求。因破壞林地的范圍面積比較小，故在外業(yè)航拍現(xiàn)場布設(shè)3個(gè)地面像控點(diǎn)，采用GPS-RTK對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行測量，現(xiàn)場得出像控點(diǎn)坐標(biāo)。

（2）無人機(jī)攝影測量內(nèi)業(yè)處理

利用無人機(jī)采用正射影像方式進(jìn)行拍攝，獲得破壞林地的現(xiàn)狀影像，生成正射影像圖。利用糾正后的正射影像，應(yīng)用ArcGIS軟件對(duì)破壞林地的范圍進(jìn)行室內(nèi)勾繪，區(qū)劃現(xiàn)狀地類并計(jì)算出各地類面積，從而得出違法破壞林地的面積。通過現(xiàn)場勘測確定出林地?fù)p毀程度。

（3）與傳統(tǒng)執(zhí)法對(duì)比

傳統(tǒng)的林業(yè)執(zhí)法方式存在GPS由于樹林遮擋導(dǎo)致精度下降，執(zhí)法人員因地形等因素導(dǎo)致部分區(qū)域難以到達(dá)，影響數(shù)據(jù)的完整性和客觀性，執(zhí)法人員的工作風(fēng)險(xiǎn)高，效率低。而無人機(jī)耗時(shí)短，避免了人為GPS走線可能存在的影響因素，獲取的信息更全面客觀，無人機(jī)測量精度高，安全系數(shù)高，節(jié)省體力。

①與傳統(tǒng)執(zhí)法相比，無人機(jī)航拍地面控制點(diǎn)測量時(shí)間短，1人只需0.5天即可完成;而傳統(tǒng)的地面控制點(diǎn)測量則需要2人1天的時(shí)間。測量精度無人機(jī)可以達(dá)到0.05m;

②從專業(yè)知識(shí)的角度看，傳統(tǒng)執(zhí)法的成果需要專業(yè)人員才能看懂，而無人機(jī)航拍的正射影像即使是普通人也能很清楚看懂;

③從安全角度和工作時(shí)長考慮，無人機(jī)只需要2人1天就可完成外業(yè)工作，而傳統(tǒng)的林業(yè)執(zhí)法則需要2人2天才能完成。

四、結(jié)論與討論

1、結(jié)論

（1）在傳統(tǒng)的林業(yè)執(zhí)法過程中，受林地地形的影響，測量耗費(fèi)時(shí)間長，測量的精度低。采用無人機(jī)執(zhí)法不僅滿足了對(duì)森林資源監(jiān)管檢查的精度要求，同時(shí)還能全面反映執(zhí)法范圍的實(shí)際情況。

（2）無人機(jī)因其體型小，重量輕，操作簡單快捷，特別適合用于森林資源的實(shí)時(shí)監(jiān)管，同時(shí)調(diào)查效率是傳統(tǒng)調(diào)查方式的數(shù)倍，降低了外業(yè)調(diào)查人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2、討論

（1）無人機(jī)因其體積小，其抗風(fēng)性較差，在外業(yè)飛行過程中，容易導(dǎo)致機(jī)身不穩(wěn)造成影像模糊，角度偏差。

（2）無人機(jī)現(xiàn)在越來越多的應(yīng)用在各行各業(yè)中，但是大多數(shù)都還停留在摸索階段，還有很多問題需要解決。首先是無人機(jī)飛手很多沒有經(jīng)過正規(guī)的無人機(jī)培訓(xùn)，屬于無證飛行;其次是針對(duì)無人機(jī)的相關(guān)法律法規(guī)和政策還有待完善;最后是無人機(jī)飛行時(shí)間短，無法快速獲取大面積的地塊。

（3）國內(nèi)的市場上存在各式各樣的無人機(jī)，部分無人機(jī)存在極大的安全隱患，市場監(jiān)管不嚴(yán)格，導(dǎo)致無人機(jī)危害性增加。

綜上所述，無人機(jī)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來越成熟，特別是對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)測這一領(lǐng)域比傳統(tǒng)的執(zhí)法有著無法替代的優(yōu)勢(shì)。在林業(yè)信息化發(fā)展的過程中，無人機(jī)有著越來越重要的地位，不僅是針對(duì)林業(yè)執(zhí)法，還能在森林資源調(diào)查中精準(zhǔn)的識(shí)別樹種，樹高等相關(guān)林業(yè)參數(shù)，減少外業(yè)工作時(shí)間，提高調(diào)查精度，為我國的生態(tài)發(fā)展提供更為可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在這發(fā)展過程中，出現(xiàn)各種各樣的問題都會(huì)隨著時(shí)代與科技的發(fā)展而得到解決。

（作者單位：510663廣東省嶺南綜合勘察設(shè)計(jì)院）