無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在林業(yè)資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用分析

周輝

（信宜市林業(yè)事務(wù)中心，廣東信宜525300）

森林資源的調(diào)查與檢測(cè)是一項(xiàng)綜合性工作，是林業(yè)工作開(kāi)展的重要前提，也是進(jìn)行林業(yè)工作的必要條件，是工作者掌握森林狀態(tài)的必要形式之一，可以輔助林業(yè)工作人員進(jìn)行長(zhǎng)期的林業(yè)管理規(guī)劃以及制定詳細(xì)的管理度對(duì)策。從當(dāng)前調(diào)查情況來(lái)林業(yè)工作人員在林業(yè)調(diào)查和監(jiān)測(cè)方面存在很多問(wèn)題，而主要原因是我國(guó)廣袤地區(qū)缺乏人煙，地形復(fù)雜加上林區(qū)面積大，很難對(duì)森林資源實(shí)現(xiàn)全面而實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與控制。

1.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)

1.1 特征

實(shí)現(xiàn)應(yīng)急飛行，當(dāng)遭遇室外各種突發(fā)狀況與重大污染、火災(zāi)等事件的時(shí)候無(wú)人機(jī)能夠代替人工進(jìn)行監(jiān)測(cè)與管理，實(shí)時(shí)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，借助遠(yuǎn)程遙控就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)地區(qū)的拍攝，隨時(shí)將這個(gè)地區(qū)的各種情況來(lái)監(jiān)測(cè)管理，能夠反映出森林火災(zāi)與污染等情況，同時(shí)將情況傳遞給專(zhuān)業(yè)人員。第二個(gè)特征是遙感技術(shù)快速發(fā)展，傳輸影像資料非常清晰，無(wú)人機(jī)航拍能夠控制飛行高度，而無(wú)人機(jī)的飛行高度并不高，空間分辨率非常高，分辨率在厘米之間。第三個(gè)特征是無(wú)人機(jī)重量比較輕，飛行方式靈活，能夠滿(mǎn)足各種航拍要求，以及能夠給在高度1000M范圍內(nèi)隨意拍攝，不需要特殊申請(qǐng)，而且可以在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展監(jiān)測(cè)活動(dòng)。第四個(gè)特征是經(jīng)濟(jì)使用成本不高，和衛(wèi)星、航空遙感等平臺(tái)相比無(wú)人機(jī)的成本低廉，飛行成本和維護(hù)成本都比較低。只需要有需求、有能力，任何人均可以開(kāi)展無(wú)人機(jī)的拍攝工作。

1.2 問(wèn)題

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在具體使用過(guò)程中也存在問(wèn)題，無(wú)人機(jī)飛行在低空自然狀態(tài)下存在很多影響因素。比如大型無(wú)人機(jī)無(wú)法在植被茂密的地區(qū)隨意升降，而小型無(wú)人機(jī)的升降、工作會(huì)受到氣流等自然因素的影響。這些現(xiàn)象的存在不僅僅導(dǎo)致無(wú)人機(jī)的工作不能順利進(jìn)行，甚至?xí)?yán)重?fù)p壞無(wú)人機(jī)機(jī)身。在新時(shí)期的發(fā)展當(dāng)中人們應(yīng)該更多將目光放在提高無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定性與提高機(jī)身性能方面入手，克服這些因素帶來(lái)的不利影響來(lái)改善行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。

1.3 無(wú)人機(jī)飛行類(lèi)型

無(wú)人機(jī)型號(hào)各異種類(lèi)不同，因此在進(jìn)行區(qū)分的時(shí)候可以根據(jù)飛行重要、巡航時(shí)間、飛行動(dòng)力、飛行方式等來(lái)進(jìn)行區(qū)分。從重量方面來(lái)看無(wú)人機(jī)可以分為微型無(wú)人機(jī)、輕型、中型、大型幾種。小于5Kg為微型無(wú)人機(jī)，國(guó)內(nèi)愛(ài)好者多采用這種機(jī)型。50~50kg之間是輕小型，根據(jù)重量隨之被稱(chēng)為中型、重型、朝中性無(wú)人機(jī)。

2.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查和監(jiān)測(cè)中的價(jià)值

2.1 預(yù)防森林病蟲(chóng)害

近年以來(lái)我國(guó)在植樹(shù)造林與水土保持工作方面取得了比較驚人的成績(jī)，成績(jī)可喜，但是整體上來(lái)看整個(gè)生態(tài)是脆弱的，病蟲(chóng)害的發(fā)生能夠輕易摧毀現(xiàn)有成就。因?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)相對(duì)脆弱，因此需要重視監(jiān)測(cè)管理。將無(wú)人機(jī)技術(shù)運(yùn)用在各種林業(yè)病蟲(chóng)害的監(jiān)測(cè)中能夠更加容易而科學(xué)地進(jìn)行森林病蟲(chóng)害的防治監(jiān)測(cè)，在無(wú)人機(jī)上配置可見(jiàn)光攝像機(jī)設(shè)備監(jiān)測(cè)森林松線蟲(chóng)等病害；通過(guò)雙光譜相機(jī)的可見(jiàn)光與紅外線圖像等探索病蟲(chóng)害的最佳位置。

2.2 監(jiān)測(cè)火災(zāi)

森林火災(zāi)是森林資源管理當(dāng)中需要格外重視的問(wèn)題，在具體管理當(dāng)中不僅僅防控困難，救援也存在諸多阻礙。因此森林火災(zāi)的防治工作非常重要，進(jìn)而會(huì)森林資源造成十分嚴(yán)重的災(zāi)害。無(wú)人機(jī)能夠迅速而便捷、靈敏地完成作業(yè)，在森林資源的監(jiān)測(cè)與管理內(nèi)容中可以監(jiān)測(cè)絕大部分的火災(zāi)地區(qū)，當(dāng)發(fā)生異常的時(shí)候能及時(shí)匯報(bào)和處理，更加迅速地防控森林的火災(zāi)。

2.3 獲取林木參數(shù)

林業(yè)資源調(diào)查中可以運(yùn)用ArcMap來(lái)劃分無(wú)人機(jī)遙感圖，能夠劃分土地、植物種類(lèi)。在劃分小區(qū)方面，精確度能夠控制在89.7%。運(yùn)用面向?qū)ο蟮奶崛〉姆绞健⑷斯ひ曈X(jué)的方式單向提取單木冠幅，提取單木冠幅之后對(duì)比樣地面積、樹(shù)冠面積，獲取出林分郁閉度。這些方式計(jì)算結(jié)果證明單木冠幅提取精度與森林郁閉度有直接關(guān)系，郁閉度越增加，單木冠幅幅度反而降低。還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)中低郁閉度的林分選擇方面，ArcGlS中加載DOM能夠生成圖像，得到CHM得到樹(shù)高。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)這種方式與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量的差距為0.89左右。高中低不同郁閉度林分鐘整體精準(zhǔn)度達(dá)到0.68。

圖1 低空無(wú)人機(jī)遙感工程流程

2.4 林業(yè)資源生物量信息

無(wú)人機(jī)航拍森林冠遙感影像提取生物量。根據(jù)相關(guān)研究證明樹(shù)冠直徑和胸徑之間有關(guān)聯(lián)性，因此以樹(shù)冠直徑推算出胸徑，以胸徑和生物量之間的關(guān)系得到林業(yè)資源中的生物量。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在客觀廣播段的基礎(chǔ)上獲得植被指數(shù)能夠得到大面積生物量估算方式，指數(shù)為VDVI。使用衛(wèi)星圖像來(lái)評(píng)估森林生物量的信息情況。雖然在實(shí)際操作當(dāng)中圖像分辨率會(huì)影響到估算的精度，因此衛(wèi)星遙感和無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的結(jié)合能夠獲取更高精度的森林生物量信息。

表1 低空無(wú)人機(jī)地面分辨率要求（單位：M）

2.5 濕地調(diào)查中的運(yùn)用

濕地作為地球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)區(qū)域氣候調(diào)節(jié)、水土保持、生物多樣性保護(hù)方面發(fā)揮了巨大的作用，豐富的濕地資源可以讓都市發(fā)展更好。國(guó)外內(nèi)學(xué)者都使用無(wú)人機(jī)的遙感技術(shù)跟蹤拍攝了濕度生態(tài)系統(tǒng)，可以運(yùn)用無(wú)人機(jī)的拍攝得到濕度生態(tài)系統(tǒng)中生物構(gòu)成，以及為城市濕地的景觀規(guī)劃提供科學(xué)的規(guī)劃依據(jù)。

3.發(fā)展前景

3.1 類(lèi)型不斷豐富

我國(guó)民用輕小型無(wú)人機(jī)常用荷載傳感器類(lèi)型大多為數(shù)碼相機(jī)，總量約有77%左右。無(wú)人機(jī)用戶(hù)中高校和研究機(jī)構(gòu)常常使用多光譜相機(jī)、高光譜線相機(jī)等。整體上有85%的用戶(hù)均使用光學(xué)數(shù)碼相機(jī)來(lái)進(jìn)行傳感器的拍攝活動(dòng)。數(shù)碼相機(jī)在成像、精度、效率等各方面都會(huì)嚴(yán)重影響成圖。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中需要積極解決無(wú)人機(jī)荷載傳感器單一的現(xiàn)狀，多研究輕小型多視立體航攝儀、小型機(jī)載激光雷達(dá)等傳感器，積極拓展輕小型無(wú)人機(jī)。

3.2 完善影像處理標(biāo)準(zhǔn)

無(wú)人機(jī)航拍系統(tǒng)主要是由硬件和軟件構(gòu)成，硬件包含飛行平臺(tái)和荷載傳感器、飛行控制器、地面監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、地面保障一共六個(gè)部分。軟件系統(tǒng)航線設(shè)計(jì)、影像快速檢查、影像處理幾個(gè)部分。法國(guó)像素工廠、德國(guó)Inpho軟件系統(tǒng)、中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究等系統(tǒng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算取得了可喜成就，在影像信息提取方面節(jié)省了大量時(shí)間和人力，完善了較為成熟的無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)一體化處理。在未來(lái)的發(fā)展中亟需形成一整套的無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)處理的即時(shí)性，形成更標(biāo)準(zhǔn)化的處理體系。

4.結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前社會(huì)發(fā)展速度越來(lái)越快，在社會(huì)高速發(fā)展的背景下無(wú)人機(jī)在林業(yè)資源的調(diào)查與分析方面發(fā)揮了較大作用，但是在不斷發(fā)展的過(guò)程中，林業(yè)資源調(diào)查數(shù)據(jù)逐漸朝著多元化發(fā)展，由此對(duì)精度、時(shí)效性、質(zhì)量等各方面要求越來(lái)越高，在未來(lái)的發(fā)展中，應(yīng)該不斷創(chuàng)新研究，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供技術(shù)保障。