消費級無人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用

朱漢喜

摘要? ? 無人機(jī)技術(shù)是一項先進(jìn)的實時監(jiān)測技術(shù)，具備機(jī)動性強(qiáng)、精確度高、監(jiān)測范圍廣的優(yōu)勢，可彌補(bǔ)傳統(tǒng)林業(yè)調(diào)查監(jiān)測工作的不足，滿足林業(yè)實時動態(tài)監(jiān)測的需求。本文從具體使用大疆PHANTOM 4 PRO入手，結(jié)合使用DJI Pilot App進(jìn)行航線規(guī)劃，最后用無人機(jī)影像處理軟件Pix4D mapper生成正射影像圖，提出了無人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的具體應(yīng)用，期望對提高林業(yè)調(diào)查技術(shù)水平有所幫助。

關(guān)鍵詞? ? 無人機(jī);林業(yè)調(diào)查;應(yīng)用

中圖分類號? ? S771.8? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）06-0140-01? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

林業(yè)調(diào)查是林業(yè)資源管理中的一項重要工作，在傳統(tǒng)的林業(yè)調(diào)查工作中，以人工實地監(jiān)測、航空航天遙感、衛(wèi)星監(jiān)測等方式為主，這些監(jiān)測方式具有成本高、實時性差等弊端，難以滿足基層林業(yè)部門快速實時調(diào)查的需要。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將消費級無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用到林業(yè)調(diào)查工作中，可實時獲取高分辨率、多尺度、多時相的影像數(shù)據(jù)，提高林業(yè)調(diào)查的信息化水平。

1? ? 無人機(jī)技術(shù)概述

無人機(jī)技術(shù)是一種以無人飛行器為遙感平臺，搭載數(shù)字遙感設(shè)備，通過飛行監(jiān)測獲取目標(biāo)遙感空間信息的先進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)具備機(jī)動靈活、圖像分辨率高、操作靈活便捷等優(yōu)勢，最近幾年在林業(yè)調(diào)查工作中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好的應(yīng)用效果[1]。

2? ? 消費級無人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用

2.1? ? 無人機(jī)的選擇

目前，大疆Phantom 4 RTK在航測領(lǐng)域應(yīng)用較多。Phan-tom 4 RTK是一款小型多旋翼高精度航測無人機(jī)，面向低空攝影測量應(yīng)用，具備厘米級導(dǎo)航定位系統(tǒng)和高性能成像系統(tǒng)，是為高精度建圖與精準(zhǔn)飛行設(shè)計的行業(yè)級無人機(jī)，但價格普遍在2萬～3萬元，對基層林業(yè)部門來說比較昂貴。

消費級多旋翼無人機(jī)大疆PHANTOM 4 PRO搭載有效像素2 000萬的影像傳感器，標(biāo)稱最大飛行時間約30 min，標(biāo)稱在無干擾、無遮擋情況下，最大信號距離7 000 m。

林業(yè)作為弱測繪行業(yè)，在基層通常使用1∶10 000地形圖進(jìn)行外業(yè)調(diào)查，對調(diào)查精度不要求達(dá)到厘米級。基于成本和精度要求等原因，筆者嘗試?yán)孟M級無人機(jī)大疆PHAN-TOM 4 PRO在河池市金城江區(qū)同干萬畝核桃基地進(jìn)行外業(yè)調(diào)查，彌補(bǔ)傳統(tǒng)外業(yè)調(diào)查的不足。

2.2? ? 航飛外業(yè)流程

2.2.1? ? 前期準(zhǔn)備。①基礎(chǔ)設(shè)備。PHANTOM 4 PRO 1臺，預(yù)裝DJI Pilot App飛控軟件的智能機(jī)或者平板電腦1臺，槳葉4 對，64 GB的Micro SD卡1塊，遙控器1個，數(shù)據(jù)線1根，飛機(jī)電池若干塊（根據(jù)需要飛行時間定）。②選擇起降地點。閱讀測區(qū)的地形圖及衛(wèi)星影像圖，選擇通視條件好、交通比較便利、地形比較平坦的起降地點。因民用無人機(jī) 最大升限為500 m，必須重點了解起降點和測區(qū)周圍山峰的相對海拔高度，避免因飛行高度不足導(dǎo)致撞山事故發(fā)生。③航線規(guī)劃。根據(jù)多次對PHANTOM 4 PRO進(jìn)行的飛行試驗，因山區(qū)情況比平原地區(qū)復(fù)雜，為了飛行安全必須保證有充足的電量返航，所以單次航線往返距離應(yīng)<5 km，總飛行時間<20 min為宜。DJI Pilot有手動飛行和航線飛行2種模式，其中航線飛行模式中又有導(dǎo)入KML和創(chuàng)建航線2個選項，創(chuàng)建航線中有航點飛行、建圖飛行和傾斜攝影3個選項，由于建圖飛行比較易用，外業(yè)時很方便。

將同干萬畝核桃基地的矢量圖圖層加載到LocalSpace Viewr、ArcGIS等GIS軟件中，選擇需要調(diào)查的小班進(jìn)行航線規(guī)劃。如小班范圍比較大，則規(guī)劃多條航線并將這些航線的KML圖層導(dǎo)入手機(jī)或平板中待用;小班大小在1 km×1 km以內(nèi)的，則可以考慮使用建圖飛行方式[2]。

2.2.2? ? 外業(yè)航飛。選定調(diào)查小班及規(guī)劃好航線后在天氣合適的情況下來到擬調(diào)查地點，如果是手動飛行，需要將無人機(jī)相機(jī)鏡頭設(shè)置成90°，垂直向下拍攝;如果是按導(dǎo)入的KML或建圖飛行，相機(jī)在飛行過程中自動完成一切設(shè)置工作，但可以根據(jù)需要手動更改。實際航拍中，在沒有添加像控點的情況下，航飛高度和速度影響成圖的精度。在一個航次中，飛行高度越高，誤差越大;飛行速度越快，航拍范圍越大，但同時對精度有影響[3]。

同干萬畝核桃基地承包給專業(yè)公司進(jìn)行除草、施肥等管護(hù)工作，在外雇人員完成除草后需要調(diào)查小班范圍內(nèi)是否完成了管護(hù)，定位精度可以不要求太高。在DJI Pilot App相機(jī)選擇中選擇PHANTOM 4 PRO，飛行高度設(shè)定為500 m，航線速度設(shè)定為10 m/s，在高級設(shè)置中將航向重疊設(shè)置70%以上，旁向重疊設(shè)置成60%以上，這樣設(shè)置完成后航片分辨率為13.70 cm/像素，完全滿足工作需要;設(shè)置完成后，保存任務(wù)，準(zhǔn)備起飛。

將飛機(jī)置于空曠平坦的地面上，待衛(wèi)星連接成功，確認(rèn)周邊環(huán)境和頂部環(huán)境安全后調(diào)用規(guī)劃好的航線，開始執(zhí)行航飛任務(wù)，接下來就是飛機(jī)自動起飛和返航的過程了。DJI Pilot App會自動計算預(yù)留返航電量，當(dāng)然自動估算的結(jié)果只能作為參考，為保證飛行安全需要時刻關(guān)注飛行狀態(tài)，一旦電量不足就應(yīng)取消任務(wù)手動返航。

2.3? ? 內(nèi)業(yè)處理

完成外業(yè)任務(wù)后，可以使用Pix4D mapper無人機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件對航飛影像進(jìn)行全自動拼接生成測區(qū)正射影像。在測繪領(lǐng)域，無人機(jī)航測應(yīng)布設(shè)像控點，保證準(zhǔn)確、規(guī)范、合理。若不進(jìn)行像控點測量，直接對無人機(jī)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，也可以得到航拍區(qū)域各地物之間的相對位置關(guān)系，但是根據(jù)經(jīng)驗，500 m航高拍攝的航飛影像絕對位置存在5～10 m的偏差[4]。

然而，在林業(yè)航拍中，山區(qū)布設(shè)像控點的難度很大，而且像控點測量要使用GPS-RTK進(jìn)行，這個需要專業(yè)的儀器設(shè)備和測繪資質(zhì)，基層林業(yè)部門通常沒有這個條件。對生產(chǎn)出的正射影像圖，可以采用ArcGIS里的地理配準(zhǔn)功能依照衛(wèi)星圖對正射影像進(jìn)行校正來提高精度。一般情況下，對于重點了解地面植被現(xiàn)狀并有地形圖和衛(wèi)星圖做參考的林業(yè)工作而言，利用軟件進(jìn)行全自動快速拼接生成的正射影像已基本滿足需求[5]。

3? ? 結(jié)語

在林業(yè)調(diào)查中應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對林業(yè)火災(zāi)、林業(yè)病蟲害、森林資源管理等方面的動態(tài)監(jiān)測，提高林業(yè)信息的精準(zhǔn)度，為林業(yè)部門制定相關(guān)決策提供科學(xué)依據(jù)。從無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用趨勢上來看，無人機(jī)技術(shù)必然會成為林業(yè)信息監(jiān)測活動中的關(guān)鍵性技術(shù)，推進(jìn)智慧林業(yè)建設(shè)與發(fā)展。

4? ? 參考文獻(xiàn)

[1] 陶元圣.無人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用試驗[J].內(nèi)蒙古林業(yè)，2019（9）：92-93.

[2] 李志美.無人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用探索[J].綠色科技，2018（21）：106-107.

[3] 張軍國，閆浩，胡春鶴.無人機(jī)在林業(yè)中的應(yīng)用及前景展望[J].林業(yè)工程學(xué)報，2019（1）：140-142.

[4] 賴超.利用消費級無人機(jī)制作正射影像的方法[J].工程設(shè)備與材料，2019（1）：135-137

[5] 古學(xué)玲.消費級無人機(jī)影像數(shù)據(jù)快拼精度分析[J].鋒繪，2018（4）：120-122.