無人機航拍與ArcGIS 在林業調查規劃中的運用

江雨瀟，林華晶

（鉛山縣林業執法大隊，江西 上饒 334500）

林業調查規劃是林業基礎性工作內容之一，主要負責調查林區的自然及社會2 方面屬性，并制定統一的林業發展規劃。由于林業資源管理水平高低不一，加之生態系統具備多樣化發展特征，且其發展過程具有動態屬性，因而林業資源管理面臨較大難度。在科技高速發展下，林業調查規劃設計相關技術不斷創新優化，無人機航拍技術的誕生及ArcGIS 地理信息系統軟件的應用，可進一步降低林業調查規劃設計工作難度，并可有效節約人工成本，獲取到精準的林業信息，可確保林業調查規劃設計工作高質效推進。

1 案例概況

某國有林場屬于國家十佳林場之一，屬于我國林業重點龍頭企業，林場控股集團下設7 家人造板企業，產能高達100 萬m3。林場還建有規劃面積為1.8 萬畝（1畝約等于667 m2）的森林公園。由于林場規模較大，林區覆蓋范圍廣泛，以往林業采用衛星遙感與ArcGIS 實施林業調查規劃時，由于星遙感影像的信息更新不夠及時，圖像分辨率相對較低，不具備理想的立體觀察成效，且成像穩定性不足，應用成本相對較高。加之外業調查過程中，山間林區周邊環境地形地勢復雜崎嶇，存在一定的危險隱患，衛星遙感影響實際調查定位并不精準，因而可能導致林業調查結果失真。為此，林場經營管理實踐中，逐步引入了無人機航拍技術，并與ArcGIS 技術結合應用，用于收集林場各個方面的信息，為林業經營管理工作的開展產生了有益驅動。

2 無人機航拍與ArcGIS 技術結合

2.1 結合應用原理

為化解衛生遙感與ArcGIS 技術結合應用的弊端，林場引進了無人機航拍技術。此技術是指基于無線電遙控、計算機系統共同完成對不載人飛行技術的遠程操控，并將攝像頭等拍攝裝置搭載于無人機之上用于獲取林業信息。此技術應用過程中，可通過衛星定位各類型林業地貌資源，并可在通信定位技術支持下獲取相應的數據信息[1]，之后可利用Pix4Dmapper 軟件完成影像數據拼接處理，并利用軟件完成坐標投影轉換，進而將拼接好的矢量圖導出。將無人機航拍技術與ArcGIS 技術結合應用后，可利用ArcGIS 軟件對航拍影像及地圖2方面數據的匹配度進行調整，而后再將實際控制點或實際調查范圍輸入其中，可精準定位控制點坐標值，并明確調查范圍的分類區劃，可基于正射影像獲取到的矢量數據，基于ArcGIS 軟件完成林區面積測算、植株數統計，并計算出林區樹木的成活率及保存率，也可精準確定需補植樹木的區域[2]。

2.2 結合應用優勢

無人機航拍影像的分辨率極高，與肉眼近地觀測的精度極為相似，且在載荷存在差異或不同類型的業務開展中，工作人員可基于以往的調查經驗，利用ArcGIS 針對相同區域內的過渡地類進行精確判讀，可獲得更高的判讀準確率。既能提高調查信息精準性，也可提高地類識別精度，后期還可以影像數據為基礎，完成設計出圖，可使內業數據處理及外業調查人員的工作強度均有不同程度降低。無人機航拍及ArcGIS 2 種技術的應用方式均較為靈活，并且系統兼容性高且穩定性強，相較于傳統調查方式而言，林業信息調查更為便捷與高效，調查過程現代化程度更高，且調查過程中的額外損失較小。與此同時，還可為技術人員的復雜性、多元化數據對比分析提供支持，能夠對現場獨特現象進行清晰定位與詳細描述，可以大量數據為支持實現未來林業發展的預測，并能提高工作人員對林業現場情況掌控的全面性。此后，還可利用ArcGIS 軟件生成圖紙，并向調查執法等監督機構傳送高清遙感影像圖，執法單位可以此圖為依據對林間植物遭到破壞的位置精準定位，并統計出被破壞程度，進而針對性糾正與懲處非法征占林地、違法開荒等行為，還可利用這兩項技術實時調查整改情況，獲取整改后的矢量數據，進而在ArcGIS 數據庫中完成新數據的更新，并統一存儲與管理所收集的數據信息[3]。

3 林業調查規劃中無人機航拍與ArcGIS 的具體應用

3.1 在森林資源現狀調查中的應用

在森林資源現狀調查過程中，該林場應用了無人機航拍與ArcGIS技術，了解到林場土地總面積共計3.52萬hm2，并確定了林場土地面積當中高峰經營管理土地面積總量為2.89 萬hm2。經營土地面積當中，林地及非林地面積總量分別為2.87 萬hm2與0.02 萬hm2，非經營土地面積中林地面積占比為99.2%。經營林地當中，涵蓋林地、灌木林地、未成林造林地、苗圃地、無立木林地、宜林地及輔助生產林地7 種類型，且逐一確定了各種林業類型的面積大小，經分析得知，林區總森林覆蓋率為80.3%。同時，在無人機航拍及ArcGIS 技術支持下，測定林場公益林、商業林面積分別為0.17萬hm2與2.74萬hm2，2 種林地占林地總面積的比重分別為6%與94%[4]。通過獲取到的這些數據奠定了林場經營管理工作成效評估的數據基礎。同時全面掌握了林區的基本情況，可為其他工作的高效推進提供有力支持。

3.2 在林業執法管理中的應用

在林業執法管理方面，無人機航拍及ArcGIS 技術的結合應用，具備操作便捷、巡視范圍全面等優勢，在無人機航拍技術支持下可快捷高效地完成執法管理工作。能夠及時發現并準確定位非法占地或其他違法行為發生地，能夠精準測定林業破壞程度，為可行性解決對策提出提供了充足的信息依據，進而利于整體提升林業執法管理水平。該林場在無人機航拍及ArcGIS 技術支持下，完成了20 多起林業糾紛案例調查處理，偵破了700余件違法安全件，并立案偵查了一起刑事案件，共計收繳約900 m3木材，非法林地回收及違章建筑拆除面積分別為528 hm2與3 hm2。工作中，由于部分林區存在歷史遺留問題，長時間被占用，林地回收困難重重。林場在政策宣傳、協調溝通的同時，利用無人機航拍及ArcGIS技術展開了現場調查，確定了被占林地的具體面積、明確了詳細位置，為現場調查處理提供了依據。

3.3 在火災監測及病蟲害防治中的應用

林場森林資源管理過程中，也可基于無人機航拍及ArcGIS 技術的支持，通過多種類型傳感器的應用，實時監測火災隱患，可快速發現火情并精準定位火災發生位置，可為火災救援的快速響應奠定堅實的技術基礎。林場火災大面積爆發會引發嚴重的經濟損失，且會對生態環境可持續發展帶來危害。以往應用衛生遙感及ArcGIS技術進行實地勘查作業時，不僅難以及時發現火情，且調查人員面臨一定的安全風險，人工滅火方式應用時難以在短時間內控制火情。而在無人機航拍技術支持下，則可利用其攝像功能拍攝火災圖像，進而精準完成火災發生位置的定位，并可將滅火裝置搭載于無人機之上實施高空大面積滅火。與此同時，還可利用ArcGIS 技術為救援隊伍快速抵達火災現場實施救援提供路線支持。林場在火災防治工作實踐中，配備了滅火器等多類型森林消防裝備，并展開了多次滅火演練，在無人機航拍及ArcGIS 技術應用下，清理并維修處理的林區外圍防火線總長度為281 km，應用此技術展開日常防火巡查的一年內，未發生重大森林火災。同時，還有效監測了松材線蟲病等重點病蟲害，完成了0.14 萬hm2的病蟲害防治作業，有效預防了森林病蟲災害的大面積爆發。

4 林業調查規劃中無人機航拍與ArcGIS 技術應用效果保障的有效措施

4.1 完善基礎設施，加強信息化建設

林業調查規劃工作中無人機航拍及ArcGIS 技術的科學應用，可有效提升林區信息共享效率，可為林場火災監控、病蟲害檢測防治、植保實施及森林資源現狀調查等各方面工作開展提供技術支持，具備十分顯著的技術應用優勢。同時，這兩項技術在森林資源調查實踐中應用，也可協調開展森林資源管理及林業可持續化經營兩項工作，可提高對林場情況掌控的精準度。為確保這些工作成果的有效展現，林場需要以自身業務需求為基礎，完善配備無人機航拍及ArcGIS 技術應用所必須的各項設備及設施，需要采購高清晰度相機，配備高光譜成像儀，且要準備激光雷達等設備，以便于可精準獲取林木三維點數據信息，為林種與分布范圍信息的準確獲取提供支持。與此同時，林場還要加快信息化建設進程，投入充足的建設經費，用于完善構建基礎設施，進而確保無人機航拍及ArcGIS 技術應用需求可得到有效滿足，進而為林場森林資源管理工作全面與高效落實奠定技術基礎，為林場創造更高的經濟及社會效益。

4.2 嚴格控制技術應用質量，提高數據信息精準性與完整性

為保證林場管理工作的高質效開展，需要加強技術應用質量控制，確保實現數據信息的全面化、準確性收集，以便于為林業管理工作開展提供充足的技術支持。為此，需要以林業管理工作需求為依據，強化對技術應用質量的控制力度。一方面，需要結合林業管理工作的實際需求，科學制定無人機航拍技術及ArcGIS 技術應用管理方案，在此方案指導下確保技術應用管理工作順暢與規范開展。要求所有日常作業，均以此工作方案為依據實施。另一方面，需要加強無人機航拍操控者、資料收集人員的業務技能培訓，確保其能明確新型技術及方法的操作要點，防止因工作人員操控技能不足影響技術應用效果，基于操控人員技能強化為林場調查規劃工作質量提升奠定技術基礎。此外，還要確保技術應用成果的科學與高效利用，將利用無人機航拍技術及ArcGIS 技術所獲取到的數據信息有效應用于林場日常經營管理過程當中，并為林場的規劃建設奠定基礎。通過高質量的信息數據獲取，保障林業管理工作的高質效開展，驅動林場的長效性與穩定性發展，進而提高林場的價值效益。

4.3 加強技術優化升級，確保技術潛在價值有效發揮

雖然當前林業調查規劃中無人機航拍與ArcGIS 技術展現出了良好的應用價值，但其價值發揮尚有一定空間。主要是由于基層工作領域的技術配置不高、資金不夠充足、技術人員素質能力有限所致，因而需要通過技術的優化升級，促進林業調查規劃工作中這兩項技術的深化應用。林場管理實踐中，需要立足林業調查規劃工作的具體需求，引進適合的技術及裝備，為林業調查規劃任務的順暢完成做足準備，且需要盡可能降低技術應用成本，以便于減輕基層林場應用無人機航拍與ArcGIS技術的成本壓力。同時，還應加快技術應用標準的出臺，針對當前技術應用過程中的薄弱之處及缺陷問題，制定先行性的整改與完善措施，進而為林業調查規劃工作中無人機航拍與ArcGIS 技術的科學應用提供保障。此外，還需要集合技術人員的智慧及能力，深入研究與創新無人機航拍與ArcGIS 技術，加快技術升級與優化步伐，實現技術潛在應用價值的深入挖掘，以便于通過這兩項技術應用優勢的最大化展現，確保林業調查規劃工作的高效、優質與順暢開展。

5 結束語

無人機航拍、ArcGIS 兩項技術是林業領域當中利于驅動林業調查設計工作成效提升的關鍵技術。可在森林資源現狀調查、林業執法、森林火災監控及病蟲害監測防治多個方面起到顯著的促進作用，可有效化解以往利用衛星遙感技術及ArcGIS 技術之時存在的信息更新不及時、圖像分辨率低、立體觀察效果不理想、應用成本高、定位不精準及危險隱患大等問題，可有效提高林業調查結果精度。林業調查規劃工作中，需要完善基礎設施、加強信息化建設、嚴格控制技術應用質量、提高數據信息精準性與完整性、加強技術優化升級，以及確保技術潛在價值有效發揮，保障無人機航拍與ArcGIS 技術高效利用，進而實現林業管理工作的高質效開展。