無(wú)人機(jī)在基層林業(yè)中的應(yīng)用初探

湯后良

（麗水市蓮都區(qū)老竹林業(yè)工作中心站，浙江蓮都 323000）

1 麗水市蓮都區(qū)林業(yè)地域特點(diǎn)

蓮都區(qū)境內(nèi)山脈分屬括蒼山、洞宮山、仙霞嶺山系，地形屬浙南中山區(qū)，以丘陵山地為主，間有小塊河谷平原，丘陵面積857.1 km2，占總面積的57%；海拔 1000 m以上山峰23座，最高處為南部峰源鄉(xiāng)的葑垟尖，海拔1795 m，最低處為紫金街道下風(fēng)化村的河漫灘，海拔40 m，海拔極差為1755 m；主要平原有碧湖平原和城郊平原。

林業(yè)資源狀況。根據(jù)2018年森林資源調(diào)查，全區(qū)土地面積14.93萬(wàn)hm2，其中林地面積11.76萬(wàn)hm2，占土地面積的78.75%；活立木總蓄積496.9萬(wàn)m3，森林覆蓋率77.15%，林木綠化率78.1%；重點(diǎn)公益林保有量6.81萬(wàn)hm2。

2 無(wú)人機(jī)在蓮都區(qū)林業(yè)應(yīng)用的迫切性

2.1 林區(qū)資源管理需要精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐

林業(yè)資源調(diào)查周期短，數(shù)據(jù)要求精確。無(wú)人機(jī)的遙感系統(tǒng)，機(jī)動(dòng)、快速、分辨率高，非常適合林區(qū)開(kāi)展調(diào)查作業(yè)工作[1]。

2.2 林區(qū)作業(yè)隊(duì)伍迫切需要高水平的技術(shù)裝備

從事林業(yè)工作，工作量大，跋山涉水，工作環(huán)境惡劣，而且強(qiáng)度較高。無(wú)人機(jī)應(yīng)用能夠減少外業(yè)工作時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。

2.3 無(wú)人機(jī)作業(yè)需要規(guī)范工作流程

無(wú)人機(jī)林業(yè)初步應(yīng)用缺乏流程化、規(guī)范化，沒(méi)有形成規(guī)模化的應(yīng)用成果和體系。需要相關(guān)的主管部門總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，加強(qiáng)體系建設(shè)、隊(duì)伍建設(shè)。

除上述概述內(nèi)容外，林區(qū)火災(zāi)救援，也迫切需要無(wú)人機(jī)加入無(wú)人機(jī)可以快速辨別火災(zāi)點(diǎn)，圖傳到監(jiān)控系統(tǒng)上，林區(qū)工作人員即可展開(kāi)工作，省時(shí)、安全，所以說(shuō)林業(yè)發(fā)展中無(wú)人機(jī)是必不可少的[2]。

3 無(wú)人機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

3.1 環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)

無(wú)人機(jī)顧名無(wú)人駕駛，消除了駕駛員的影響因素。由此，適合人力不及的地區(qū)作業(yè)，像是：森林深處、重災(zāi)區(qū)等等，能在保證人員零傷亡的基礎(chǔ)上，出色完成任務(wù)目標(biāo)。

3.2 執(zhí)行多樣化的任務(wù)

綜合體積、承載等因素，無(wú)人機(jī)的載配相當(dāng)靈活。而且，多數(shù)無(wú)人機(jī)的云臺(tái)是可以靈活拆卸的，以便于靈活載重不同設(shè)備，滿足不同行業(yè)的作業(yè)任務(wù)要求。而且，當(dāng)前無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)采用平臺(tái)化、模塊化，方便根據(jù)不同任務(wù)靈活調(diào)整，充分體現(xiàn)無(wú)人機(jī)的系統(tǒng)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)。

3.3 精準(zhǔn)執(zhí)行各項(xiàng)任務(wù)

人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，4G、5G等通信技術(shù)與無(wú)人機(jī)載體的高度融合，無(wú)人機(jī)采集地面信息將與地面指揮中心的同步互聯(lián)。地面指揮中心則根據(jù)不同任務(wù)選擇不同的任務(wù)板塊，以精準(zhǔn)執(zhí)行各項(xiàng)任務(wù)指令。

3.4 高效率、低成本、操作簡(jiǎn)單

較傳統(tǒng)飛機(jī)，無(wú)人機(jī)的操作更簡(jiǎn)單，日常維護(hù)、保養(yǎng)費(fèi)用更低。駕駛員在地面實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的遠(yuǎn)程遙控，無(wú)人機(jī)搭載設(shè)備模塊，如：多光譜儀、遙感設(shè)備等等，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同目標(biāo)區(qū)域的精準(zhǔn)作業(yè)，大大節(jié)省人力，降低投入成本，獲得較高的效益回報(bào)。

4 無(wú)人機(jī)在基層林業(yè)中的應(yīng)用需求

4.1 森林防火救災(zāi)

森林火災(zāi)，是那些失去人為控制，對(duì)林業(yè)、民眾等造成損害的林火行為，具有突發(fā)、蔓延快、火勢(shì)強(qiáng)、救援困難等特點(diǎn)。傳統(tǒng)森林火災(zāi)救援，需要消防員抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，依靠消防水車、直升機(jī)滅火等手段進(jìn)行。該種救援模式暴露的弊端，火災(zāi)面積大，多種消防器械難到達(dá)。火場(chǎng)火勢(shì)兇猛，能見(jiàn)度低，消防人員時(shí)刻有生命危險(xiǎn)。面對(duì)這些問(wèn)題，應(yīng)用無(wú)人機(jī)成為突破口。可指揮無(wú)人機(jī)抵達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，借助高清相機(jī)、紅外相機(jī)等準(zhǔn)確判斷火情，分析原因制定詳細(xì)的救援方案，大大降低人員傷害。此外，無(wú)人機(jī)可搭載滅火彈、滅火吊桶等滅火器械，很好撲滅小面積的火情。

4.2 森林病蟲害監(jiān)測(cè)防治

病蟲害對(duì)森林系統(tǒng)造成的危害不亞于森林火災(zāi)，當(dāng)前，針對(duì)病蟲害防治的手段，以黑燈誘殺、人工噴施農(nóng)藥、昆蟲網(wǎng)誘捕等為主。但是，往往防治趕不上擴(kuò)散，精準(zhǔn)噴施效果不理想，防治效果不好。對(duì)此，無(wú)人機(jī)用于林業(yè)病蟲害防治，可事先預(yù)定巡航路線，精準(zhǔn)定位林業(yè)病蟲害、枯死樹、異常樹等情況，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析為林業(yè)病蟲害防治提供準(zhǔn)確、科學(xué)、合理的數(shù)據(jù)依據(jù)。同時(shí)，以航拍減少人工跋山涉水勞力輸出，降低意外情況對(duì)人體的人身危害[3]。

4.3 林業(yè)的執(zhí)法管理

國(guó)內(nèi)森林面積廣闊，森林腹地物產(chǎn)豐富，為人類發(fā)展提供豐厚的物質(zhì)資源。當(dāng)前，個(gè)別不法分子牟取短期利益，不惜砍伐樹木、獵殺野生動(dòng)物、非法占用耕地等等，嚴(yán)重破壞森林系統(tǒng)。傳統(tǒng)的林業(yè)執(zhí)法，靠群中舉報(bào)、護(hù)林員巡檢等等，這些方式覆蓋面窄、執(zhí)法時(shí)效性差，難免有漏網(wǎng)之魚。嘗試無(wú)人機(jī)聯(lián)合執(zhí)法，能做到及時(shí)反饋、快速響應(yīng)，準(zhǔn)確定位違法位置，跟蹤違法分子，以高空喊話、警告等制止違法行為。同時(shí)，還能準(zhǔn)確掌違法的伐林木數(shù)量、面積等等，為執(zhí)法提供強(qiáng)有力的證據(jù)。

4.4 林業(yè)資源調(diào)查

林業(yè)資源調(diào)查，旨在掌握林區(qū)范圍內(nèi)動(dòng)植物生長(zhǎng)及環(huán)境的變化情況，為后期林業(yè)政策調(diào)整，編制系統(tǒng)的林業(yè)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃，提升營(yíng)林的服務(wù)效果保駕護(hù)航。該項(xiàng)工作投入量大，工作環(huán)境復(fù)雜，調(diào)查內(nèi)容多雜亂。

無(wú)人機(jī)的介入，因機(jī)動(dòng)、迅速、靈活，能迅速到達(dá)調(diào)查作業(yè)區(qū)域，適時(shí)獲取航拍數(shù)據(jù)，承擔(dān)其多地取樣的任務(wù)。同時(shí)，搭載的高分辨率正射影像，可自行進(jìn)行校正判讀，替代人工戶外作業(yè)，大大降低人工勞力輸出，確保調(diào)查的準(zhǔn)確性和效率性。2020年蓮都區(qū)已用無(wú)人機(jī)調(diào)查轄區(qū)枯死松木數(shù)量，并取得不錯(cuò)效果。

5 無(wú)人機(jī)在基層林業(yè)中的應(yīng)用研究

5.1 高效解決森林防火的問(wèn)題

在林業(yè)防火問(wèn)題上，國(guó)內(nèi)已應(yīng)用過(guò)衛(wèi)星遙感、視頻監(jiān)控、直升機(jī)巡查等方法。這些年，為降低成本、避免人員傷害，圍繞無(wú)人機(jī)建成的預(yù)警防火系統(tǒng)成立。該系統(tǒng)以火情監(jiān)測(cè)為主，綜合GPS、數(shù)字成像傳輸、紅外線成像等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了森林防火的高效、穩(wěn)定、迅速。系統(tǒng)中的無(wú)人機(jī)，可飛行離地800～2000 m的高度，搭載的紅外線探測(cè)儀能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)火災(zāi)的位置、大小、范圍等信息，并將這些信息同步傳輸?shù)降孛娣阑鹬笓]中心。

該系統(tǒng)中，為救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的消防人員，隨身攜帶便攜式圖像接收設(shè)備，適時(shí)接受無(wú)人機(jī)觀測(cè)火場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖像和數(shù)據(jù)，勘察已滅明火區(qū)域，及時(shí)發(fā)現(xiàn)暗火并組織撲滅，提升整體救災(zāi)能力。系統(tǒng)中，還配有定位跟蹤器，能迅速鎖定火場(chǎng)中有生命跡象的個(gè)體，對(duì)其迅速組織救援。整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)的早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防、早撲滅，真正將大災(zāi)變小災(zāi)、將有災(zāi)變無(wú)災(zāi)。

5.2 有效防治林業(yè)病蟲害問(wèn)題

國(guó)內(nèi)林業(yè)病蟲害威脅種類多而雜，給基層林業(yè)的管護(hù)帶來(lái)不小的麻煩。針對(duì)林業(yè)病蟲害的威脅，我們必須要定期專項(xiàng)檢查，隨時(shí)掌握林區(qū)病蟲害流行、分布、危害等情況，以便做到早預(yù)防、早治療。無(wú)人機(jī)搭載多光譜儀巡檢林業(yè)病蟲害，能替代人力勞工大面積無(wú)遺漏的巡檢，解決巡檢效率低、覆蓋率低的問(wèn)題。而搭載的多光譜儀，能在不同光照條件下，形成高質(zhì)量的光譜圖像，以判斷調(diào)查區(qū)域內(nèi)病蟲害威脅程度，制定切實(shí)可行的防災(zāi)預(yù)控方案，以有效控制生物病蟲害的發(fā)生。

除此之外，還可以從以下幾方面著手，做好林業(yè)病蟲害防治。

第一，替代人力巡檢病蟲害。以人力巡檢的林業(yè)病蟲害監(jiān)測(cè)工作，要耗費(fèi)大量的人力資本。此外，還有很多區(qū)域是人巡檢不能去的，這樣就影響到巡檢的準(zhǔn)確性。以無(wú)人機(jī)為主的病蟲害巡檢，能很好避免這些問(wèn)題，準(zhǔn)確摸清轄區(qū)內(nèi)病蟲害發(fā)生規(guī)律，判斷未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)癥防控，遏制病蟲害的擴(kuò)散蔓延。

第二，制定針對(duì)性防治方案。無(wú)人機(jī)搭載光譜儀巡檢林業(yè)病蟲害，不僅能實(shí)現(xiàn)林業(yè)病蟲害的早防早控，而且還有利于總結(jié)過(guò)往規(guī)律，制定針對(duì)性的防治方案，專門布控，合理防治。比如：總結(jié)陡峭地形無(wú)人機(jī)噴藥規(guī)律，優(yōu)化無(wú)人機(jī)飛行高度，合理藥物飄散程度，以提升無(wú)人機(jī)防治病蟲害的效果。

第三，加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)。作為新興的技術(shù)產(chǎn)品，為確保無(wú)人機(jī)防治效果，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)操作人員的技術(shù)培訓(xùn)，使其掌握更多的病蟲害防治技術(shù)、手段，提升無(wú)人機(jī)防控林業(yè)病蟲害的能力。

5.3 更好助力林業(yè)執(zhí)法工作

林業(yè)執(zhí)法不同其他，巡邏難度大，違法案件發(fā)現(xiàn)難、取證難。無(wú)人機(jī)的應(yīng)用，具有操作便捷、航拍清晰、同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，尤其適合高山、密林等地區(qū)的巡檢取證。

當(dāng)前，工業(yè)無(wú)人機(jī)巡航時(shí)間最長(zhǎng)近2 h，巡邏覆蓋面積近10 km2，相當(dāng)于人工巡查兩天的工作量。而且，無(wú)人機(jī)搭載航拍設(shè)備，隨時(shí)取證，適時(shí)回傳地面信息，為林業(yè)執(zhí)法提供強(qiáng)有力的佐證。搭載的定位系統(tǒng)，準(zhǔn)確將違法地理坐標(biāo)回傳給林業(yè)公安，以便森林公安的快速響應(yīng)處理。搭載測(cè)量技術(shù)模塊，準(zhǔn)確測(cè)量盜伐面積、株數(shù)等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)違法行為的精準(zhǔn)打擊。

5.4 高效精確完成森林資源調(diào)查

傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查，受人工主觀因素的影響，導(dǎo)致很多林分因子難以獲得，林業(yè)資源調(diào)查的結(jié)果精度不夠、管理較為粗放。無(wú)人機(jī)搭載高新技術(shù)，能更精度、高效的完成森林資源調(diào)查。

由國(guó)內(nèi)北斗星通與GreenValley公司聯(lián)合研發(fā)的無(wú)人機(jī)LiDAR測(cè)量系統(tǒng)，搭載的Li-Forest軟件，能準(zhǔn)確測(cè)量包括樹冠高度、單木位置、生物量、郁閉度等參數(shù)，快速反演林業(yè)覆蓋率、生物量等等，并以此對(duì)森林系統(tǒng)建模實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量的目的。

就推廣應(yīng)用來(lái)看，無(wú)人機(jī)搭載的Li-Forest軟件系統(tǒng)，用于森林資源的調(diào)查，具有高精度、高速度、數(shù)字化、不受外界干擾、主動(dòng)性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。