無人機(jī)技術(shù)在森林管護(hù)中的應(yīng)用分析

楊 潔，郝 帥

（1.山西霍山省級自然保護(hù)區(qū)管理局，山西 霍州 031400；2.山西省太岳山國有林管理局，山西 介休 032000）

0 前言

無人機(jī)在森林管護(hù)工作中的應(yīng)用，不僅能有效降低人工作業(yè)量，實現(xiàn)森林資源管理實時監(jiān)控，還可以有效預(yù)防林業(yè)災(zāi)害的發(fā)生，進(jìn)一步提高森林資源管理水平。根據(jù)無人機(jī)性能的差異，無人機(jī)遙感監(jiān)測技術(shù)可以實現(xiàn)森林資源定點監(jiān)測，從而及時針對可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)防和排查。因此，研究無人機(jī)在森林管護(hù)中的應(yīng)用具有重要意義。

1 無人機(jī)技術(shù)概述

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新與完善，在林業(yè)生產(chǎn)生活中，各種先進(jìn)的技術(shù)手段不斷涌現(xiàn)，其中，無人機(jī)技術(shù)得到了越來越廣泛的認(rèn)可。它指的是通過無線遙控裝置，利用相應(yīng)的軟件程序，遠(yuǎn)程操控飛機(jī)，使飛機(jī)完成飛行活動的技術(shù)。

無人機(jī)存在很多優(yōu)勢，主要包括以下幾個方面：①效率高。相比傳統(tǒng)人工巡查勞動強(qiáng)度高，效率低的特點，無人機(jī)只需遠(yuǎn)程控制，在相應(yīng)位置懸停一段時間后，即可拍攝對應(yīng)圖像，從而準(zhǔn)確快速判斷周圍環(huán)境，完成飛行拍攝活動，無任何拍攝死角；②適應(yīng)性強(qiáng)。由于無人機(jī)體積小，機(jī)身在任何環(huán)境下均可有效進(jìn)行飛行，采集到更為準(zhǔn)確的信息；③安全性高，維護(hù)成本較低。傳統(tǒng)載人飛機(jī)在執(zhí)行任務(wù)中，若外界環(huán)境條件較差，會對飛行安全造成較大的威脅，加之維護(hù)成本較高，不能滿足林業(yè)日常管理需要。而采用無人機(jī)之后，人員無需進(jìn)行到工作環(huán)境，即可拍攝出環(huán)境圖像，安全性更高，維護(hù)費(fèi)用也大大降低[1]，見圖1。

圖1 日常民用無人機(jī)

2 森林管護(hù)現(xiàn)狀

本文以山西霍山省級自然保護(hù)區(qū)為研究對象，其所在區(qū)域涉及霍州、洪洞、古縣三縣市，森林管護(hù)面積179.60km2，森林覆蓋率85.2%。在保護(hù)區(qū)境內(nèi)，分布有大量國家級、省級重點保護(hù)野生動植物，如金錢豹、褐馬雞、水曲柳、軟棗獼猴桃、太白楊等，有效對其進(jìn)行保護(hù)，對維護(hù)生態(tài)多樣性具有重要意義。

隨著國家生態(tài)建設(shè)的不斷推進(jìn)，森林管護(hù)工作也面臨極大挑戰(zhàn)，具體包括以下兩方面：一方面，霍山保護(hù)區(qū)境內(nèi)地形復(fù)雜，山高、坡陡、溝深、路遠(yuǎn)，受管護(hù)人員年齡老化等影響，森林資源管理難度逐年加大。同時，生態(tài)環(huán)境逐年好轉(zhuǎn)，林區(qū)內(nèi)生活的兇猛動物，如金錢豹等，也對管護(hù)員巡護(hù)人身安全造成一定威脅。另一方面，由于轄區(qū)邊界與集體土地交錯、點多線長面廣，管護(hù)任務(wù)重，導(dǎo)致管護(hù)員在巡護(hù)過程當(dāng)中，巡護(hù)不到位，存在一定死角。近年來，霍山保護(hù)區(qū)在傳統(tǒng)管護(hù)工作的基礎(chǔ)上，運(yùn)用了無人機(jī)技術(shù)，配備了2 架無人機(jī)，由其完成部分管護(hù)工作。需要注意的是，保護(hù)區(qū)面積較大，2 架無人機(jī)無法覆蓋全部范圍，因而還要加大無人機(jī)管護(hù)力度。

3 森林中無人機(jī)管護(hù)應(yīng)用

3.1 巡山護(hù)林中的應(yīng)用

傳統(tǒng)森林資源巡護(hù)主要依靠人力，但由于巡護(hù)勞動強(qiáng)度大、周期長且受地形地勢影響，部分林區(qū)巡護(hù)工作安全性無法保障，加之缺乏行之有效的巡護(hù)監(jiān)控管理系統(tǒng)，部分管護(hù)員存在巡護(hù)不到位的情況。而無人機(jī)的使用，大大提高了森林資源監(jiān)測質(zhì)量，熟練的飛手僅需10min 左右，即可完成本轄區(qū)巡護(hù)工作，通過采集照片等方式，準(zhǔn)確了解近期轄區(qū)森林資源狀況，有效提高工作效率。

無人機(jī)還可搭載喊話器，提高巡護(hù)質(zhì)量。如在飛行中，發(fā)現(xiàn)破壞森林資源行為，可通過喊話及時制止違法行為，起到一定的震懾作用。也可通過航拍影像快速獲取影像，精確獲取破壞林地的地點、面積及其他情況，加強(qiáng)對違法行為的監(jiān)控處置。另外，也可運(yùn)用此功能在轄區(qū)周邊村莊進(jìn)行森林防火、野生動物保護(hù)、封山禁牧及林政宣傳工作，提高轄區(qū)村莊群眾愛林護(hù)林意識。

3.2 森林防火中的應(yīng)用

作為森林管護(hù)工作的重中之重，森林防火不僅關(guān)系到國家生態(tài)建設(shè)，還關(guān)乎人民生命安全，對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定起到重要作用。近年來，由于極端天氣及人為原因，導(dǎo)致森林火災(zāi)頻發(fā)，給國家和人民生命財產(chǎn)帶來了無法估量的損失。特別是2019年3 月30 日四川木里和2020 年3 月30 日四川西昌發(fā)生的兩起森林火災(zāi)，分別造成31 名和19 名消防人員遇難的重大生命損失。面對森林火災(zāi)的不確定性，借助無人機(jī)進(jìn)行快速響應(yīng)顯得尤為重要。

當(dāng)發(fā)生森林火災(zāi)時，受地形和氣象條件影響，火場能見度較低，傳統(tǒng)載人飛機(jī)在執(zhí)行飛行任務(wù)時，較難清楚準(zhǔn)確觀測到火場具體情況。而無人機(jī)由于其飛行速度快，靈活機(jī)動的特點，可飛入火場上方拍攝照片或視頻，傳遞給地面指揮人員，完成空中火災(zāi)態(tài)勢觀察和現(xiàn)場圖傳的任務(wù)。尤其是在夜間，無人機(jī)可通過夜間熱成像技術(shù)，快速準(zhǔn)確摸清火場地形及火勢蔓延情況，為現(xiàn)場科學(xué)指導(dǎo)撲火工作提供有效依據(jù)。大火過后，還可使用無人機(jī)搭載熱成像儀，根據(jù)規(guī)劃航線，尋找隱藏暗火點，防止火災(zāi)復(fù)燃。

無人機(jī)在災(zāi)后評估方面也具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。通過拍攝正射影像和3D 立體影像，無人機(jī)可以精細(xì)區(qū)劃受災(zāi)區(qū)域，統(tǒng)計受災(zāi)面積，評估直接和間接損失，同時，還可采集相關(guān)數(shù)據(jù)，為災(zāi)后火燒跡地造林工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.3 森林調(diào)查中的應(yīng)用

及時進(jìn)行森林調(diào)查工作，對國家有效掌握轄區(qū)森林資源動態(tài)，編制各項林業(yè)政策計劃具有重要意義。目前，我國大多數(shù)林區(qū)依然采取人工調(diào)查的方式，即調(diào)查人員深入森林，通過人工調(diào)查，記錄相應(yīng)信息，整合匯總后得出最終調(diào)查成果。鑒于林業(yè)調(diào)查工作量大，勞動強(qiáng)度高，部分林區(qū)立地條件惡劣，且調(diào)查時間一般安排較短，數(shù)據(jù)要求較精細(xì)的情況，可運(yùn)用無人機(jī)融合遙感技術(shù)，在最短的時間內(nèi)，快速到達(dá)作業(yè)區(qū)域，實時獲取森林資源數(shù)據(jù)，承擔(dān)調(diào)查任務(wù)。調(diào)查人員可在室內(nèi)將這些信息進(jìn)行整理與分析，獲取林木樹種組成、面積、郁閉度等數(shù)據(jù)，了解林地基本情況，減輕作業(yè)強(qiáng)度，提高工作效率。

3.4 病蟲害防治中的應(yīng)用

森林病蟲害又被人們稱為“不冒煙的森林火災(zāi)”，它是森林健康發(fā)展的大敵。加強(qiáng)森林病蟲害防治對保護(hù)森林資源、改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。采用無人機(jī)技術(shù)，可對轄區(qū)變色、異常樹木進(jìn)行精準(zhǔn)定位，通過高分辨率影像資料，輔助判斷樹木病蟲害情況，確定受損面積及范圍，進(jìn)而判定森林健康等級。在發(fā)現(xiàn)病蟲害后，它可攜帶配置好的藥劑進(jìn)行大面積噴灑，第一時間解決問題。尤其在山高坡陡、懸崖峭壁等人員難以到達(dá)的復(fù)雜地形中，無人機(jī)具有無法比擬的優(yōu)勢。

無人機(jī)技術(shù)雖然在近年來實現(xiàn)了重大突破，廣泛應(yīng)用于林業(yè)產(chǎn)業(yè)，但在使用過程中，仍存在以下問題急待解決：

（1）無人機(jī)續(xù)航時間短：市面上的無人機(jī)主要采用鋰電池作為主要動力，受電池重量和蓄電能力限制，飛機(jī)一般在有效飛行20min 后，就必須更換電池，這是制約無人機(jī)發(fā)展的一個限制因素。續(xù)航時間短，決定了無人機(jī)目前只能適用于小范圍數(shù)據(jù)采集。

（2）無人機(jī)專業(yè)性較強(qiáng)，操作方式過于復(fù)雜，要求技術(shù)能力較高，需要林業(yè)、無人機(jī)操控、計算機(jī)遙感技術(shù)等多方面知識技能人才，目前，管護(hù)隊伍年齡結(jié)構(gòu)老齡化嚴(yán)重，專業(yè)隊伍建設(shè)相對滯后，需要加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)普及及培訓(xùn)力度。

（3）無人機(jī)避障技術(shù)目前還不完善。由于無人機(jī)在飛行過程中無法避開遇到的實時障礙物，加之受地形、天氣等客觀條件影響，信號容易受到干擾，極有可能墜毀，傷及人畜，造成安全事故。這就需要不斷改進(jìn)無人機(jī)設(shè)計，研究出合理的解決方案。

4 結(jié)論

綜上所述，無人機(jī)具有機(jī)動靈活、便捷高效等特點，在森林資源管護(hù)方面有著廣闊的應(yīng)用空間，可承擔(dān)巡山護(hù)林、森林資源調(diào)查、森林防火及林業(yè)有害生物監(jiān)測等多項工作。隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷完善，國家也頒布了相關(guān)管理法規(guī)，無人機(jī)飛行將進(jìn)入合法化時代，林業(yè)智能化管護(hù)也將不斷向前推進(jìn)。