無人機遙感技術(shù)在森林火災(zāi)調(diào)查中的應(yīng)用

馬一瑞

(山西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，山西 太原 030012)

森林火災(zāi)具有突發(fā)性強、破壞性大、處置救助較為困難等特點，按照受害森林面積，分為一般森林火災(zāi)、較大森林火災(zāi)、重大森林火災(zāi)和特別重大森林火災(zāi)。無人機是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，地面操作人員可通過地面站等設(shè)備，對其進行跟蹤、定位、遙控、遙測和數(shù)字傳輸。

近年來，隨著無人機的快速發(fā)展，將無人機遙感技術(shù)應(yīng)用于森林火災(zāi)調(diào)查中，尤其是應(yīng)用于重大和特大森林火災(zāi)調(diào)查中，可有效降低工作強度，提高作業(yè)精度。

1 森林火災(zāi)調(diào)查內(nèi)容

調(diào)查范圍為森林火災(zāi)影響范圍內(nèi)的全部林地，統(tǒng)計各種森林損失類型和林木資源受害程度。

森林損失成因類型按照自然過火區(qū)、控制點燒區(qū)、人工隔離帶等分別進行調(diào)查統(tǒng)計,林地及林木資源受害程度分燒毀、燒傷、未傷統(tǒng)計。林地按森林和非森林兩大類統(tǒng)計，森林即有林地，非森林包括疏林地、灌木林地、未成林造林地、苗圃地、無立木林地、宜林地、輔助生產(chǎn)林地。

2 無人機遙感技術(shù)的應(yīng)用

2.1 遙感影像采集

2.1.1 區(qū)域確定

收集森林火災(zāi)過火區(qū)域的圖像資料、地形地貌、氣候條件以及周邊機場、軍事設(shè)施等信息，判斷是否具備空域條件，并選擇執(zhí)行任務(wù)的無人機型號。

2.1.2 現(xiàn)場勘查

現(xiàn)場勘查飛行空域的環(huán)境是否有強電磁干擾、機場、軍事設(shè)施等，根據(jù)作業(yè)區(qū)域選擇合適的起降場地以及良好的天氣進行飛行作業(yè)。

2.1.3 任務(wù)規(guī)劃

提前準(zhǔn)備好空域申報文件，向有關(guān)部門申請空域。標(biāo)注好飛行范圍后，運行飛控軟件進行任務(wù)規(guī)劃，在滿足飛行安全和精度要求的前提下，合理規(guī)劃航高、重疊及地面分辨率。

2.1.4 入場作業(yè)

作業(yè)人員將無人機及配套設(shè)備帶到作業(yè)區(qū)域后開始準(zhǔn)備工作，包括組裝無人機和架設(shè)地面站，根據(jù)地面站提示完成飛行前檢查(GNSS設(shè)備、結(jié)構(gòu)連接相機、姿態(tài)、平衡度、飛機狀態(tài))，上傳航線。準(zhǔn)備工作完成后進行起飛作業(yè)，作業(yè)過程中應(yīng)保持對飛行狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)控，做好應(yīng)急保障措施。

2.1.5 檢查數(shù)據(jù)

無人機著陸后取出相機等載荷設(shè)備，檢查載荷數(shù)量和地面站POS數(shù)量是否一致，無人機實際作業(yè)區(qū)域與規(guī)劃區(qū)域是否一致，數(shù)據(jù)質(zhì)量是否有虛焦、陰影等，POS數(shù)據(jù)下載過程中是否有遺漏、丟失等情況。

2.1.6 轉(zhuǎn)場作業(yè)

對無人機進行斷電檢查，包括機體是否損傷、舵機舵面是否松動、螺絲有無松動等，判讀是否適合繼續(xù)作業(yè)。完成以上檢查后拆解裝箱、轉(zhuǎn)場運輸，執(zhí)行下一測區(qū)任務(wù)。

2.1.7 內(nèi)業(yè)處理

利用Pix4mapper軟件對無人機獲取的數(shù)據(jù)進行處理，制作森林火災(zāi)影響范圍內(nèi)的高清數(shù)字正射影像圖。

2.2 遙感影像判讀

根據(jù)地形地貌、地類、樹種和林木受害程度建立解譯標(biāo)志，主要包括色調(diào)、紋理、圖案、陰影、形狀等影像特征。以林地變更調(diào)查成果的小班區(qū)劃為基礎(chǔ)，以無人機航測影像結(jié)合災(zāi)前影像，逐小班判讀地類和林木受害程度，并重新劃分小班。

對影像特征明確的小班，直接確定地類、樹種和林木受害程度。對影像特征不易區(qū)分的地類和樹種，對比前后兩期影像，參考林地變更調(diào)查成果進行現(xiàn)地核實，確定地類、樹種和林木受害程度。

2.3 森林火災(zāi)面積計算

以無人機航測影像為依據(jù)，依照明顯地物、地貌勾繪出火場四周邊界線；以影像判讀小班為基礎(chǔ)，依照影像特征和解譯標(biāo)志，勾繪出火場中森林(有林地)、非森林(其它林地)的界線，用ArcGIS軟件準(zhǔn)確測算過火面積、燒毀面積、燒傷面積、未損傷面積，并分類統(tǒng)計。

3 總結(jié)

將無人機遙感技術(shù)應(yīng)用于森林火災(zāi)調(diào)查中，與傳統(tǒng)調(diào)查方式相比，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在2個方面。

1)利用無人機遙感技術(shù)能夠獲取森林火災(zāi)發(fā)生后的實時、高清數(shù)字正射影像，分辨率高達(dá)8 cm～10 cm.與目前林業(yè)系統(tǒng)普遍使用的分辨率2 m～3 m的林地變更影像相比，時效性、地類識別精度、區(qū)劃精度都有明顯提升。

2)無人機具有快速、高效的優(yōu)點，目前市場上的主流固定翼無人機航拍效率可達(dá)30 km2/d～40 km2/d，能夠有效減少外業(yè)工作時間，提高工作效率，提升調(diào)查質(zhì)量。

無人機的應(yīng)用專業(yè)性較強，技術(shù)要求高，操作流程復(fù)雜，需要同時熟練掌握無人機操控、遙感、計算機、測繪等多種知識和技能。隨著科技的進步,其設(shè)備不斷更新和完善，無人機遙感技術(shù)必將成為一種不可或缺的林業(yè)調(diào)查監(jiān)測手段。