基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統設計

楊帆 尹柯

摘 要：通過對全國林業行政案件的調查和分析，結合警務革新在林區執法中的應用，本文利用無人機，將識別預警系統與林區非法砍伐特點相結合，分別從硬件端和軟件端對基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統進行設計，通過向科技要警力降低人力資源，達到保障我國森林資源的目的。

關鍵詞：無人機;非法砍伐;識別預警

一.引言

森林是國家最重要的資源之一，對人類的貢獻是多種多樣的。根據歷次全國森林資源清查可知，截止2018年，全國森林覆蓋率已達22.96%，森林面積已達22044.62萬公頃。人類一方面仰賴森林索取生活所需，一方面毀壞森林濫砍濫伐。由2017年中國林業發展報告可知，僅2016年全年，全國共發生林業行政案件19.66萬起，立案偵查森林和野生動物刑事案件2.98萬起，全部涉案價值達20.88億元。對國家的利益造成了嚴重侵害。

二.國內林區執法現狀及未來方向

國內林區警務人員僅有6萬余人。大面積的防區和極低的人員配給使得林區非法砍伐的發生到執法部門的發現，周期往往很長，不能及時的遏制犯罪、追回損失。部分林區出現了難以抵達、巡視周期長的現象，導致許多森林資源遭受盜伐者的破壞。國內外對林區非法砍伐的識別方法也十分有限，目前發現森林非法砍伐的識別手段主要有衛星遙感、塔臺瞭望、人工地面巡視和飛機巡護等。衛星遙感易受自身軌道周期和天氣影響，加之費用巨大以及審批程序復雜緩慢，實時性和實用性不高。塔臺瞭望的實時性雖好，但單個塔臺覆蓋范圍有限以及人眼的一些盲區存在巨大缺陷。人工地面巡視效率低周期長，森林茂密視線易受遮擋故觀察范圍有限。飛機巡護的實時性和適應性雖佳，但維護和使用成本高，難以大規模、日常化運用。因此我國現在迫切需要一個簡單有效的盜伐案件識別技術，為祖國的綠水青山保駕護航。

中共中央政治局委員、中央政法委書記郭聲琨在2017年10月召開的中央政法委員會全體會議上指出，要堅持科技引領、信息支撐，把現代科技應用作為政法工作現代化的大戰略大引擎，不斷提升新時代政法機關的核心戰斗力，推動新時代政法工作跨越式發展。國務委員、公安部黨委書記、部長趙克志也在2018年1月召開的全國公安廳局長會議上要求，要把握時代發展大勢，大力實施公安大數據戰略，著力打造數據警務、建設智慧公安，全面推動公安工作質量變革、效率變革、動力變革，努力實現公安機關戰斗力的跨越式發展。“向科技要警”給了公安機關打擊森林非法砍伐的一個機會。

“無人機警務”是新時代警務革新的中重中之重，林區執法機關使用無人機代替人工巡視已經成為大趨勢。通過無人機代替人工巡視，結合林區3D建模技術和圖像對比技術，對比分析前后巡視數據，識別區域林區的植被是否發生非法砍伐，進而有方向的偵查確認，是未來實現林區非法砍伐識別預警的可能發展模式。

三.基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統設計及應用

（一） 基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統設計

本文以上述可能發展模式為指導思想提出一種，基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統設計思路。旨在利用科技護航林區，堅決打擊生態犯罪。整套系統思路設計合理、操作簡單、高效便捷。通過軟硬件結合達到及時、精準地搜集林業數據，加快提升數字林業的透明度和建設度。

通過結合市場現有的無人機設備發展成果和林區無人機數據處理軟件對目標林區進行3D建模，提取林區中不同區域植物顏色或光譜的特征值。在無人機定期巡航拍攝的照片基礎上，利用圖像識別算法分析出可能存在林木被非法砍伐的區域，發出報警信號供人工排查使用。

整體設計分為兩個端口：硬件端和軟件端;

硬件端分為兩個環節：無人機林區巡防→及時巡防數據傳輸;

軟件端分為兩個板塊：軟件數據輸入、軟件數據對比。

“基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統”整體具有生存能力強、機動性能好、使用方便的優勢。能利用承載的高靈敏度照相機進行不間斷的畫面拍攝，獲取影像資料，并將所獲得信息和圖像傳送回地面。在出現情況時可迅速達到現場，完成實時現場視頻畫面傳輸，供指揮者進行科學決策和判斷;是林區一種不可多得的重要工具。可以進一步提高我林區執法機關干警的響應、決策、評估效率，推動公安信息化建設進程。

（二）基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統硬件端設計

“基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統”在硬件端為林區專職無人機，該林區防非法砍伐用無人機，通過方向模塊控制無人機飛行方向，在林區內及時調整，拍攝林區內的異常，通過信號裝換器將數據進行轉換，通過信號發射器將信號發送，實現將拍攝狀況進行實時轉發，通過接收模塊實現將數據進行接收，通過儲存器實現將數據進行保存，防止出現數據丟失。

1側翼、2馬達、3支撐板、4信號發射器、5保護殼、6定位器、7螺旋槳、8支架、9充電接頭、10雙電池倉、11信號轉換器、12攝像頭、13儲存器、14定位模塊、15電源、16接收模塊、17主控模塊、18方向模塊、19電量模塊、20顯示模塊、21電量提醒模塊、22警報模塊。

（三）基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統軟件端設計

“基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統”在軟件端為林區專職數據處理軟件，通過構建植物三維幾何數據圖（面積、高度、體積），可以快速獲取數據、精準量化分析。獲取林區高分辨率正射影像圖，了解林區開發現狀，實現林區動態監測，為林區盜伐案件提供快速勘察的能力;

專有技術為植物顏色/光譜值的提取和植物顏色/光譜值對比，利于該項技術可以在所構建的林區3D模型圖中快速對比數據庫中往次巡邏結果，精準定位發現可能存在林區砍伐位置，發出預警。

（四）基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統技術特點及優勢

“基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統”通過采用無人機航測系統，搭載不同的傳感器隨時勘測和監測林區植物的生長情況。實現數字林區的建設、實現林區災害應急指揮、實現林區環境治理以及對林區的盜伐案件的監管治理。在整個操作過程中可以做到0人工干預全自動、高效率的自主作業，極大地降低了執法干警的工作難度。

圖5基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統技術方法

具有機動快，使用成本低，維護操作簡單等技術特點，具有對地快速實時巡查監測能力，對林區中車和人無法抵達的區域，諸如森林火災監控，植物盜伐，農林病蟲災害預警等方面具有獨特的優勢。

（五）基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統操作流程

系統開始使用后，警務工作人員操作無人機進行林區巡防工作，在完成后將本次巡防數據傳輸至林區專職數據處理軟件，隨后建立測區導入數據。通過系統設定完成全自動數據處理，得到本次巡防林區區域內植物顏色/光譜值。通過對數據庫往期數據對比甄別，發現不同自動報警。警務工作人員根據報警區域再次操縱無人機完成二次針對巡查，鑒別是否出現非法砍伐情況。

圖6基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統操作流程

四、小結

本文給出了一種基于無人機的林區非法砍伐識別預警系統構建。經測試，當出現林區非法砍伐時，該系統可以有效的識別預警。

作者簡介：

楊帆（2000-），男，漢族，河南南陽人，南京森林警察學院，本科在讀，研究方向：治安學

基金項目：本文系南京森林警察學院2019年度大學生實踐創新訓練計劃項目，項目編號：201912213010