無人機(jī)技術(shù)在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用

楊義鋒

（桂林市林業(yè)設(shè)計院，廣西 桂林 541100）

隨著我國信息產(chǎn)業(yè)與制造業(yè)產(chǎn)業(yè)的不斷升級發(fā)展，無人機(jī)的制造技術(shù)在我國已經(jīng)發(fā)展成熟，目前我國制造的無人機(jī)已經(jīng)大量應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、測繪、監(jiān)控、影視拍攝等多個領(lǐng)域，并為社會生產(chǎn)的發(fā)展做出了令人矚目的貢獻(xiàn)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計顯示，目前我國已經(jīng)成為全球無人機(jī)生產(chǎn)量最大的國家，全球百分之七十以上的無人機(jī)產(chǎn)品都是在我國生產(chǎn)的。而隨著無人機(jī)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)的不斷成熟，無人機(jī)也開始大量應(yīng)用到林業(yè)工作中，對改進(jìn)林業(yè)工作的質(zhì)量效率、工作水平發(fā)揮出越來越多的推動作用。

林業(yè)工作因為大多屬于戶外工作，普遍存在工作難度大、強(qiáng)度高、環(huán)境惡劣、受氣候條件與地形條件影響顯著等特征，因而很多工作如果完全依靠人工完成，必然存在工作質(zhì)量和效率上難以盡如人意的問題。同時對于一些惡劣天氣下和復(fù)雜地形的林業(yè)工作，人工作業(yè)還有可能為工作人員造成一定的人身健康危險，而通過把無人機(jī)技術(shù)用于林業(yè)工作，能夠極大減輕林業(yè)工作對人工的依賴，使得很多高強(qiáng)度，高難度，惡劣環(huán)境下的林業(yè)工作由無人機(jī)代替，這一方面可以有效提升林業(yè)工作的質(zhì)量和效率，同時對林務(wù)工作人員的健康安全也能夠提供更好的保障。林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計是林業(yè)工作中十分重要的項目之一，其以往主要依靠林務(wù)工作人員親自到現(xiàn)場進(jìn)行作業(yè)來完成，存在人力消耗大，測繪精度不理想，具有危險性等方面的問題，而如果引入無人機(jī)技術(shù)改造以往的工作模式，則能夠有效提升工作質(zhì)量和效率，減少工作對人力的依靠，降低工作成本。而無人機(jī)技術(shù)相對于傳統(tǒng)的人工作業(yè)模式具有哪些優(yōu)勢與特點(diǎn)，又應(yīng)如何將其引入應(yīng)用到林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計工作中？以下本文就結(jié)合林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計的一些實(shí)務(wù)，展開詳細(xì)探討。

1.無人機(jī)技術(shù)概述

無人機(jī)指的是采用遙控、自動控制等技術(shù)，可以不需要人員直接乘坐駕駛的飛機(jī)。無人機(jī)技術(shù)指的是研發(fā)、生產(chǎn)、制造和應(yīng)用無人機(jī)用在各類生產(chǎn)生活領(lǐng)域的技術(shù)。無人機(jī)技術(shù)最早源于英國二戰(zhàn)時期研發(fā)的無線電遙控小型無人駕駛飛機(jī)技術(shù)，由于其具有不依賴飛行員乘坐駕駛，能夠減少戰(zhàn)場傷亡等優(yōu)點(diǎn)，因而一經(jīng)設(shè)計出來就獲得了各國軍事研究領(lǐng)域廣泛的關(guān)注。而隨著二戰(zhàn)的結(jié)束，無人機(jī)技術(shù)開始從軍工領(lǐng)域逐漸拓展到民用領(lǐng)域，并逐漸實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)技術(shù)的商業(yè)化普及，目前無人機(jī)已經(jīng)成為一種具有廣泛商業(yè)價值與生產(chǎn)價值的小型機(jī)械，被大量應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、測繪、監(jiān)控、影視拍攝等多個領(lǐng)域，成為重要的小型機(jī)械設(shè)備 。

無人機(jī)因為不需要飛行員，體積可以做到很小，因而能夠深入到人無法進(jìn)入的很多環(huán)境中，例如復(fù)雜的地形、高空、危險場所上方，具有有毒有害氣體的環(huán)境中，這使得無人機(jī)具有十分優(yōu)良的環(huán)境適應(yīng)性，同時因為其支持搭載各類傳感器、相機(jī)、光學(xué)儀器等設(shè)備，因而可以適應(yīng)各個行業(yè)在監(jiān)控、拍攝、空間作業(yè)上的需要。因此無人機(jī)越來越成為現(xiàn)代社會生產(chǎn)領(lǐng)域不可或缺的小型多功能設(shè)備設(shè)施，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

2.無人機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 地形適應(yīng)性強(qiáng)

無人機(jī)因為體型小，對動力的依賴性不大，因而飛行靈活，可以在各種復(fù)雜地形中飛行作業(yè)，尤其在高空、丘陵、沼澤等。而依靠人工難以抵達(dá)的環(huán)境，無人機(jī)可以大顯身手，依靠其靈活飛行能力，可以在地形復(fù)雜的場所從事很多依靠人工無法完成的高難度工作，這使得無人機(jī)在應(yīng)用上極大拓展了傳統(tǒng)人工作業(yè)的環(huán)境適應(yīng)性，能夠解決很多復(fù)雜環(huán)境下作業(yè)問題。

2.2 可執(zhí)行多種任務(wù)

無人機(jī)本身是一個小型飛行設(shè)備，其可以按照需要搭載各種各樣的其他設(shè)備，而為其賦予不同的功能，因而其可執(zhí)行任務(wù)是多種多樣的，如果搭載攝影設(shè)備，則可以進(jìn)行航拍，如果搭載監(jiān)控設(shè)備，則可以進(jìn)行特定場所或物體的跟蹤監(jiān)控，如果搭載機(jī)械手，還可以從事一些復(fù)雜地形與高空作業(yè)的操作工作。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，利用無人機(jī)還可以噴灑農(nóng)藥，播種等，由于其支持的搭載設(shè)備多種多樣，因而也使得無人機(jī)的功能十分豐富多樣。

2.3 精準(zhǔn)性較高

無人機(jī)因為在信息數(shù)據(jù)采集傳輸上主要采用現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)，因而其具有信息采集精準(zhǔn)度高，不受人工操作誤差影響的優(yōu)勢。這使得無人機(jī)在測繪領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)人工測繪的強(qiáng)大優(yōu)勢。無人機(jī)技術(shù)通過對各類被測目標(biāo)進(jìn)行三維坐標(biāo)與圖像信息的采集，可以對其實(shí)施精準(zhǔn)地理信息測繪，由于其采集到的信息為數(shù)據(jù)格式，因而避免以往人工測繪在觀察與操作上有可能出現(xiàn)的誤差，從而可以達(dá)到較高的工作精準(zhǔn)度。

3.無人機(jī)技術(shù)在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 森林資源調(diào)查

一般來說，林業(yè)部門都會按照需求對一些地區(qū)的林地與自然生物實(shí)施定期信息采集與調(diào)查，主要目的是為了隨時掌控森林資源的發(fā)展情況，了解資源動態(tài)，從而為林業(yè)工作提供準(zhǔn)確及時的資料信息。以往依靠人工的森林資源調(diào)查，通常需要工作人員深入到自然環(huán)境中，依靠各類測繪設(shè)施、圖像采集設(shè)備等進(jìn)行調(diào)查，一方面工作環(huán)境惡劣，勞動強(qiáng)度大，對于一些具有野生生物的森林環(huán)境，工作人員可能還要面對遭受野外生物攻擊的危險。而如果采用無人機(jī)進(jìn)行森林資源調(diào)查，可以十分便捷地從空中完成信息采集與調(diào)查任務(wù)，無須工作人員到現(xiàn)場也能完成調(diào)查工作。同時因為無人機(jī)在高空作業(yè)，完全可以忽略惡劣地形對工作難度的影響，也不會遭受野外生物對調(diào)查工作造成的威脅。因此相對于以往依靠人工的森林資源調(diào)查工作，采用無人機(jī)技術(shù)可以更好地提升工作效率，降低工作危險性，節(jié)約成本。

3.2 無人機(jī)在森林防火監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

如果森林中發(fā)生火災(zāi)，會對自然資源與生物資源造成嚴(yán)重的危害與損失，所以防范控制森林火災(zāi)是林業(yè)工作中的重要項目。而因為森林火災(zāi)一旦爆發(fā)，其具有一定不可控性與發(fā)展態(tài)勢難以預(yù)料的特征，因而如果依靠人工進(jìn)行森林火災(zāi)的信息調(diào)查與控制，有可能為工作人員造成生命安全與健康的威脅。而通過采用無人機(jī)技術(shù)，以無人機(jī)作為調(diào)查設(shè)備，控制設(shè)施實(shí)施森林火災(zāi)的監(jiān)督防控，可以極大減少森林火災(zāi)監(jiān)督防控工作對人工的依賴，避免這一高危工作導(dǎo)致的工傷事故，最大限度地保護(hù)工作人員的安全。同時采用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行森林火災(zāi)的監(jiān)督防控，還可以深入火災(zāi)現(xiàn)場的危險環(huán)境，就近采集火災(zāi)信息。而使用一些體積較大的無人機(jī)搭載滅火裝置，可以在森林火災(zāi)火勢較小時對其進(jìn)行滅火與火勢控制，這可以使得森林防火監(jiān)測系統(tǒng)獲得強(qiáng)大的技術(shù)支持，對森林火災(zāi)防范控制起到有利的推動。

3.3 無人機(jī)在森林病蟲害監(jiān)測上的應(yīng)用

無人機(jī)因為具有運(yùn)動靈活、適應(yīng)高空作業(yè)的優(yōu)勢，因而在森林病蟲害監(jiān)測防治上具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。通過在無人機(jī)上搭載攝像頭、數(shù)碼相機(jī)，可以對較高的林木上中部是否感染病蟲害進(jìn)行觀察監(jiān)測，對于大面積的林木病蟲害，利用無人機(jī)可以高空噴灑農(nóng)藥，進(jìn)行病蟲害的治理。同時對于一些主要感染樹葉的病蟲害，利用無人機(jī)技術(shù)可以定期監(jiān)測林木上部的樹葉病蟲害感染發(fā)病情況，拍攝清晰照片為進(jìn)行病蟲害防治方案提供依據(jù)。利用無人機(jī)的精準(zhǔn)測繪技術(shù)，林務(wù)工作人員還可以對病蟲害發(fā)生的范圍實(shí)施精準(zhǔn)掌握，從而為病蟲害控制治理提供準(zhǔn)確信息。

3.4 無人機(jī)技術(shù)在林業(yè)執(zhí)法中的應(yīng)用

對于森林執(zhí)法工作，因為需要監(jiān)督防控的區(qū)域面積廣闊，因而依靠人工進(jìn)行監(jiān)督防控，受到工作人員活動能力與目測觀察能力的限制，很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)違法行為。而通過采用無人機(jī)技術(shù)，從高空錄制大范圍森林影像，可以有效實(shí)現(xiàn)對大面積森林資源的執(zhí)法監(jiān)控，通過利用圖像分析與動作捕捉軟件，可以對無人機(jī)采集到的森林圖像進(jìn)行分析，有效識別出違法犯罪人員的違法行為，并及時通知林務(wù)人員并作出及時有效地處理。這相對于以往主要依靠人工巡視的森林監(jiān)督執(zhí)法，其具有監(jiān)督更為嚴(yán)密，執(zhí)法更為及時的優(yōu)勢，同時通過設(shè)定自動化的監(jiān)督控制程序，還可以做到利用無人機(jī)實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域的二十四小時不間斷監(jiān)督控制，這對于提高森林執(zhí)法水平，加強(qiáng)執(zhí)法工作及時性、有效性，打擊違法犯罪都具有顯著的積極意義。

3.5 森林信息獲取中的應(yīng)用

利用無人機(jī)設(shè)備，在其上搭載各類測繪設(shè)施、影像采集設(shè)備，可以利用無人機(jī)技術(shù)對森林信息進(jìn)行實(shí)時、動態(tài)的采集記錄。因而在森林信息獲取上可以起到傳統(tǒng)人工無法起到的作用，其具有傳統(tǒng)人工作業(yè)模式不具備的強(qiáng)大優(yōu)勢，這主要體現(xiàn)在如下一些方面：

3.5.1 森林蓄積量估算

森林蓄積量指的是單位面積的森林資源中，生存的林木樹干部分的總量。對森林蓄積量的統(tǒng)計是林業(yè)管理工作的一項基礎(chǔ)性工作，如果不能準(zhǔn)確統(tǒng)計森林蓄積量，在林業(yè)管理上很多基于林業(yè)規(guī)模信息工作都無法開展，所以準(zhǔn)確調(diào)查特定地區(qū)森林資源的林業(yè)蓄積量，采集林業(yè)蓄積量信息十分關(guān)鍵。而在傳統(tǒng)的人工作業(yè)模式中，要完成這一工作需要投入大量的人財物力，因為森林資源規(guī)模大，面積廣，同時地形復(fù)雜，野外工作環(huán)境惡劣，因而依靠人工進(jìn)行森林蓄積量調(diào)查，一方面工作效率低下，同時有可能受到人員手工測繪操作精度的影響，而在森林蓄積量統(tǒng)計上存在一定的誤差。而通過利用無人機(jī)技術(shù)，以無人機(jī)航拍測繪、地理學(xué)信息采集等方式了解森林信息，可以高精度地采集到目標(biāo)地區(qū)的森林蓄積量信息，同時利用無人機(jī)技術(shù)，可以支持在很多復(fù)雜危險地形的森林蓄積量信息調(diào)查，還可以支持惡劣氣候環(huán)境下的調(diào)查和信息采集工作，因而相對于以往傳統(tǒng)的人工作業(yè)模式，其具有工作效率高，成本低，危險性可控等多方面優(yōu)勢。

3.5.2 森林生物量估測

對特定森林環(huán)境中的生物量信息進(jìn)行調(diào)查采集，是開展生態(tài)保護(hù)工作的重要基礎(chǔ)，而依靠傳統(tǒng)的人工作業(yè)方法，一方面野外生物各類感官敏銳，距離很遠(yuǎn)就可以發(fā)現(xiàn)人類接近而迅速逃離，為生物量信息采集統(tǒng)計帶來一定困難。同時對于野外環(huán)境中生存的一些帶有危險性和攻擊性的生物，依靠人工進(jìn)行采集也會為工作人員帶來人身安全與健康方面的威脅。而通過使用無人機(jī)技術(shù)，其小型化、空中飛行的特征可以消除大多數(shù)生物對其戒備心，從而有效采集到森林中的大量有價值生物信息，同時對于一些帶有危險性和攻擊性的生物，也可以利用無人機(jī)就近采集信息，不用擔(dān)心其危險性與攻擊性對生物信息采集造成的影響，這可以極大提升森林生物量估算的準(zhǔn)確性和有效性，并提升工作效率。

3.5.3 森林郁閉度估測

森林郁閉度指的是特定森林資源環(huán)境中，喬木樹冠可以覆蓋地表的程度，這一指標(biāo)是評估森林質(zhì)量的一個常用指標(biāo)，很多林業(yè)管理工作都要使用到森林郁閉度。而要有效采集特定地區(qū)森林資源的郁閉度信息，傳統(tǒng)的人工作業(yè)模式通常委派專門工作人員到現(xiàn)場進(jìn)行目測調(diào)查，測繪調(diào)查，拍照調(diào)查等，這一方面需要投入大量人財物力，同時受制于工作環(huán)境與工作人員的精力、體力，手工信息采集精度，對森林郁閉度的調(diào)查難以達(dá)到較高的工作效率與信息精準(zhǔn)度。而通過使用無人機(jī)技術(shù)，采用無人機(jī)搭載測繪設(shè)備、拍照設(shè)施，對目標(biāo)地區(qū)森林實(shí)施高空測繪與拍照，并把采集到的測繪信息實(shí)施數(shù)據(jù)處理，可以十分精準(zhǔn)地計算出目標(biāo)地區(qū)的森林郁閉度，并且工作省時省力，精確度高，并可以極大降低工作成本，減輕工作難度。

3.6 營造林核查

營造林核查屬于林業(yè)管理工作中十分重要的日常工作，因為特定地區(qū)建造營造林一般具有規(guī)模面積大，不同區(qū)域林木長勢受土壤自然環(huán)境影響不一致等特點(diǎn)，而如果完全采取人工作業(yè)的核查方法，依靠工作人員目視檢查，一方面工作強(qiáng)度較大，同時受制人工目測在精準(zhǔn)度上的缺陷，難以做到全面檢查，精準(zhǔn)統(tǒng)計檢查信息。而通過使用無人機(jī)技術(shù)，在無人機(jī)上搭載測繪設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)施、影像采集設(shè)施，可以在高空獲取營造林影像，并通過數(shù)據(jù)分析，對營造林的面積、植株數(shù)、長勢信息等實(shí)施全年采集與記錄，這可以有效實(shí)現(xiàn)以低成本快速進(jìn)行營造林核查，并提升核查精度，對林木中上部是否有病害也可以及時發(fā)現(xiàn)并作出處理，這可以極大提升營造林管理的工作質(zhì)量與嚴(yán)密性，提升工作效率。

4.結(jié)語

時代在不斷發(fā)展進(jìn)步，無人機(jī)技術(shù)在我國機(jī)械制造領(lǐng)域的成熟，也為林業(yè)工作提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，因而林業(yè)工作者應(yīng)積極學(xué)習(xí)掌握無人機(jī)技術(shù)，更多將其應(yīng)用到森林資源調(diào)查、病蟲害監(jiān)測、綠化區(qū)識別等各項工作中，從而更好地提升林業(yè)工作的質(zhì)量，降低工作成本，提升林業(yè)工作的科技化、現(xiàn)代化水平。