無人機遙感技術與ArcGIS數據處理在林業(yè)系統(tǒng)中的運用

聶麗

摘 要 林業(yè)系統(tǒng)是社會可持續(xù)建設和生態(tài)環(huán)境建設的重要物質基礎，是國家生態(tài)體系的重要組成部分。國內的林業(yè)系統(tǒng)發(fā)展仍然處于轉型階段，為了確保林業(yè)的長期發(fā)展，需要引進以無人機遙感和ArcGIS為代表的先進技術。闡述無人機遙感技術和ArcGIS系統(tǒng)的概念，結合實例分別對其在林業(yè)系統(tǒng)中的應用進行了分析總結。

關鍵詞 無人機遙感技術;ArcGIS;林業(yè);江西省撫州市

中圖分類號：F326.2;P237 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.26.021

隨著社會經濟的快速發(fā)展和科技水平的迅速提升，傳統(tǒng)概念上的封閉式林業(yè)管理已經不符合時代發(fā)展的潮流。為了更準確地了解林業(yè)系統(tǒng)的內部情況和資源分布情況，很多林業(yè)部門選擇引進無人機遙感技術和ArcGIS數據處理技術對區(qū)域內的林業(yè)資源進行系統(tǒng)管理。這種新型管理方式既能夠直接地顯示出林業(yè)系統(tǒng)內部資源的分布情況，又能夠提升林業(yè)系統(tǒng)管理的工作效率和工作質量，幫助建設林業(yè)系統(tǒng)的智能化管理[1]。

1 無人機遙感技術和ArcGIS數據處理系統(tǒng)

無人機遙感技術是無人機航空拍攝技術的一種，是將無人機與遙感技術相融合，借助無人自動化駕駛技術和遙感遙控技術及時獲得空間信息。無人機遙感技術屬于低空操作技術，在收集圖片和影像時不會受到大氣層波動的干擾，具備使用簡易、操作成本較低、影像分辨率高及收集圖像速度快等優(yōu)勢。無人機遙感技術由外部影像獲取和內部影像加工2個部分組成。外部影像獲取主要是利用無人機對指定區(qū)域進行正面影像采集，考慮到無人機屬于低空飛行，拍攝覆蓋面積有限，因此在實際操作中通常選擇將多個圖像拼接整合后獲得指定區(qū)域的遙感信息。內部影像加工主要是指使用專門的影像模型軟件對收集到的影像進行縱向和水平對齊、校正圖片、繪制三維模型和填充紋理等，最終得到一份完整的正投影像和測試區(qū)域的三維參數，以便日后在ArcGIS系統(tǒng)中進行處理和分析[2]。

ArcGIS數據處理系統(tǒng)是對地理數據信息進行處理、整合、分析和運用的綜合性信息處理平臺，對于林業(yè)系統(tǒng)的管理有很高的應用價值。ArcGIS系統(tǒng)主要包括地理信息數據庫的設立、信息數據的錄入及數據的整合和分析等。根據實際需要建立一個數據庫框架，以點線面的方式建立數據內容之間的客觀聯系。開始信息數據的錄入時，要注意地理信息的完整性及可對比性，并對無人機遙感技術獲取和加工過的三維數據與正面投影影像對比校正，在校正過程中要關注坐標系的適用范圍。在此基礎上就可以開始進行數據的整合和分析工作，如林區(qū)類型的整合統(tǒng)計、林區(qū)面積變動情況及長寬、坡度等相關地形參數，形成直觀的三維模型圖，以清晰直觀的方式展示林業(yè)系統(tǒng)的現狀。

無人機作為方便靈活的采集設備搭載平臺，可以充分滿足大范圍內三維數據采集的需要，為林業(yè)調查、觀測和管控等方面提供準確完整的數據支撐;而ArcGIS則充分利用無人機采集到的遙感信息，進行林業(yè)數據庫的搭建和三維模型圖的制作等進一步的加工處理工作[3]。無人機遙感影像的直觀性與ArcGIS系統(tǒng)的數據統(tǒng)計功能的充分結合和銜接，可以實現林業(yè)數據的動態(tài)采集和遠程信息化管理，進一步推進林業(yè)系統(tǒng)的現代化管理。

2 無人機遙感技術在林業(yè)系統(tǒng)中的應用

2.1 森林滅火

森林火災常常會造成巨大的生態(tài)、經濟損失及人員傷害，且撲滅難度很大，因此需要林業(yè)部門進行特別和重點的關注。現階段使用的森林防火方法是派遣專門人員進行實地觀察和巡邏，但這種傳統(tǒng)的方法工作量大、危險程度高、監(jiān)測水平低，對覆蓋面較廣的大型林區(qū)不合適[4]。此外，當火災已經發(fā)生時，這種方法會給巡邏觀測人員帶來很大的危險。因此，森林火災防范中引入無人機遙感技術，可以充分發(fā)揮其操作簡單、快速應對、使用成本低、影像拍攝清晰度高及多功能等優(yōu)勢，對發(fā)生火災的火場實施動態(tài)觀測，幫助及時撲滅森林火災。

2.2 森林資源勘查

森林資源勘察也是林業(yè)系統(tǒng)工作中的一個重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的資源勘查常常需要借助人力實地考察，會造成大量的人力和財力浪費。而在快速發(fā)展的科技水平的帶動下，森林資源勘察的方式從抽樣調查、隨機調查逐步過渡到無人機遙感勘察階段，可以迅速收集指定區(qū)域的森林資源數據，具備時效度高、成本耗費低、能源損耗少及清晰程度高等相對優(yōu)勢。如東鄉(xiāng)區(qū)林業(yè)局在林區(qū)調查中使用了無人機遙感技術，在勘察過程中采集到了清晰程度很高的遙感影像，并將其導入相應的圖像處理軟件進行分析和研究，取得了很好的工作成效[5]。

2.3 野生動物觀測

在野生動物的生存和行動軌跡觀測上，無人機遙感技術具有極高的時效性，能夠第一時間掌握整個區(qū)域的野生動物族群。通過引入無人機遙感技術，不僅可以實時觀測野生動物族群的分布情況和生長趨勢，還可以對瀕危的珍貴種群進行全方位、全時間段的動態(tài)跟蹤觀察，避免人工巡邏對野生動物造成的干擾，降低實地觀測的人力和財力成本。

2.4 林業(yè)有害生物防治

現階段，林業(yè)病蟲害防治主要依賴人力噴灌農藥、設置防蟲網、化學試劑誘殺及黑光燈誘捕等方式，但隨著國內綠地面積的擴展及極端氣候的頻繁出現，森林病蟲災害愈發(fā)頻繁，導致傳統(tǒng)的防治措施在對付大規(guī)模森林病蟲災害時呈現出較大的劣勢。利用無人機遙感技術進行農藥的噴灑和動態(tài)監(jiān)測可以顯著提高病蟲害的監(jiān)測和防災減災能力，降低甚至消除森林有害生物對林業(yè)系統(tǒng)和林區(qū)資源造成的災難性傷害。國內使用無人機遙感技術進行有害生物防治的成功案例之一就是江西省撫州市東鄉(xiāng)區(qū)林業(yè)局利用無人機遙感配合ArcGIS技術進行枯死馬尾松普查工作，清點枯死馬尾松的數量、分布區(qū)域并以此為基礎判斷清理的難易程度，通過制定快速高效的防治策略，保障區(qū)域內的生態(tài)安全。

3 ArcGIS數據處理系統(tǒng)在林業(yè)系統(tǒng)中的應用

3.1 林區(qū)資源清查和管控

ArcGIS技術可以通過自帶的成圖功能完成對林區(qū)資源的清查工作，其工作流程是勘察人員將收集到的第一手數據資源經過計算機軟件系統(tǒng)轉變?yōu)锳rcGIS可以分析的數據表格，之后再利用該技術將整理加工之后的數據表格轉換為圖形存儲到相應處理設備中，進而幫助決策者快速計算面積和匯總數據，對林業(yè)數據和林區(qū)資源進行有效的遙控管理。

3.2 林區(qū)電子地圖的繪制

林區(qū)系統(tǒng)的管理離不開圖面影像和資料的支撐，因此在林區(qū)系統(tǒng)中引入ArcGIS數據處理技術可以有效緩解制圖壓力。1）ArcGIS的圖層功能可以將獲得的影像和數據信息劃分為多個層次，在分析時可以選擇觀看需要的數據信息圖層，減少多種信息混亂疊加造成的困擾[6]。2）ArcGIS可以將地圖以點線面的形式展示出來，方便管理人員對地圖進行直接操作和簡單調整。3）ArcGIS將所有圖像重新組合和疊加，在不同圖層之間建立起內部的邏輯結構，并根據不同專題目標進行內容輸出。如ArcGIS可以利用自帶的成圖功能，將GPS坐標信息和林區(qū)勘察資料信息以圖形的方式呈現出某一點位的GPS地理坐標和勘察數據，方便林區(qū)管理人員對轄區(qū)內森林的概況和具體坐標進行總體掌握。

3.3 林業(yè)規(guī)劃和經營管理

ArcGIS地理信息處理系統(tǒng)可以幫助林區(qū)管理人員進行信息的處理傳遞和林業(yè)數據庫的搭建，使工作人員及時獲取林區(qū)系統(tǒng)的發(fā)展情況，并以此為依據擬出符合規(guī)劃的具體方案，之后經過模擬對比后得出更加實際和合理的具體管理方案。如ArcGIS可以對不斷變換的森林資源產量和野生動植物的數量進行預測，并結合之前繪制的林區(qū)電子地圖中詳盡的參數數據，在ArcGIS系統(tǒng)中形成預測模型，幫助管理人員完成林業(yè)規(guī)劃工作。

3.4 林區(qū)生態(tài)系統(tǒng)管理

在完成分析預測模型的建立和對林區(qū)自然資源分布情況掌握的基礎上，ArcGIS可以幫助林區(qū)工作人員制定長期和短期的生態(tài)系統(tǒng)規(guī)劃。ArcGIS中內置許多重要的分析和描述工具，可以對生態(tài)的發(fā)展過程進行模擬，并對轄區(qū)內的生物多樣性進行反復分析。ArcGIS還可以整合當地人口數據和生態(tài)信息，在疊加和組合的基礎上分析人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的長期影響，避免生態(tài)系統(tǒng)遭到人為的過度破壞，推動森林資源的可持續(xù)發(fā)展。通過約束人類活動的界限，從經濟和政策2大方面為人類和生態(tài)實現和諧互動提供強力保障。ArcGIS中的分析預測模型所繪制的電子地圖使得居民接觸到以數字化和網絡化形式傳達的生態(tài)數據信息，能大大提升居民對城市綠化和環(huán)境保護的參與度。

4 無人機遙感技術與ArcGIS數據處理的應用案例

以江西省撫州市的林業(yè)工作為例，可以看到無人機遙感技術和ArcGIS數據處理在林業(yè)系統(tǒng)中的實際應用情況。撫州市林業(yè)局從戰(zhàn)略層面上對新技術的引入和使用給予重視，通過了以“林業(yè)機載軟件系統(tǒng)研發(fā)及集成”建設內容為代表的林業(yè)資源監(jiān)測機載系統(tǒng)建設項目，項目包括了機載業(yè)務系統(tǒng)的研發(fā)、機載時空信息云服務器和數據庫的建設及機載設備運行情況的測試等。

在實踐中，撫州市林業(yè)局在區(qū)域內首次利用無人機開展了苗圃地勘察，為苗圃地周圍的林區(qū)資源評估提供了數據支持。針對苗圃地及周圍的樹木品種多、規(guī)格不一致、地區(qū)劃分不明確等問題，南城縣林業(yè)局首次將無人機遙感技術投入到使用中。通過無人機技術低空拍攝苗圃地實景，再將多張影像拼接成一個完整且附帶地理坐標的空間矢量圖。之后將該矢量圖錄入ArcGIS中，就可以在系統(tǒng)中完成小班劃分、面積估算、株數統(tǒng)計等工作，并對苗木的高度、半徑、株距等參數進行測量，完成苗圃地區(qū)的森林資源勘察，進一步推動南城縣和撫州市在林業(yè)現代化和林業(yè)智能化方向繼續(xù)發(fā)展。除此之外，撫州市還組織了下屬區(qū)縣參與到江西省的無人機遙感技術培訓中，參與學員在培訓班結束后都做到了對無人機駕駛技術的掌握，完成了規(guī)定的培訓目標。這不僅提高了林區(qū)管理人員的技術水平和創(chuàng)新意識，也為向更大范圍內推廣無人機航空遙感技術提供了方向，有助于推進新技術在林區(qū)系統(tǒng)管理和災害防治中的應用，提高撫州市林業(yè)對災害的預測和應對能力。

5 結語

目前，無人機遙感技術和ArcGIS數據處理在林區(qū)系統(tǒng)中的運用還處于開始階段，仍需要在實際工作中不斷發(fā)展和完善。為了實現林業(yè)現代化，要繼續(xù)提升無人機遙感技術和ArcGIS自身的科技含量，提高技術本身的實用性和穩(wěn)定性，如提升無人機的抗風能力、改進升降操作、增加航拍載體的穩(wěn)定性等;同時也需要進一步向林業(yè)從業(yè)人員宣傳新技術的功能和優(yōu)勢，推動無人機遙感技術和ArcGIS在實際中的廣泛應用，使生態(tài)林業(yè)和高科技林業(yè)成為可能。

參考文獻：

[1] 榮澤山，王愛博.無人機遙感技術與GIS數據處理在林業(yè)系統(tǒng)中的應用[J].吉林農業(yè)，2019（17）：100.

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[3] 劉雨絲.試論無人機技術在林業(yè)工作中的應用[J].農業(yè)與技術，2021，41（7）：74-76.

[4] 范健超.GIS在林業(yè)資源管理中的應用分析[J].山西農經，2020（22）：76-77.

[5] 冶有林.ArcGIS在林業(yè)中的應用[J].現代農業(yè)科技，2020（14）：122.

[6] 張旭.ArcGIS在林業(yè)資源管理中的應用[J].林業(yè)科技情報，2019，51（2）：59-62.

（責任編輯：趙中正）