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

林華晶 ，江雨瀟

（江西省鉛山縣林業(yè)執(zhí)法大隊(duì)，江西 上饒 334500）

由于林業(yè)環(huán)境相對復(fù)雜，林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計人員難以深入實(shí)地展開調(diào)查，從而限制了林業(yè)信息數(shù)據(jù)的詳細(xì)獲取，影響了森林火災(zāi)監(jiān)測、病蟲害防控、林業(yè)執(zhí)法監(jiān)管以及林業(yè)資源統(tǒng)計等各方面工作的順利開展。無人機(jī)具備地形適應(yīng)性強(qiáng)、信息更新快、能夠結(jié)合需求靈活調(diào)整以及調(diào)查成本相對較低等優(yōu)勢，成為目前林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計的重要幫手。

1 林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計中無人機(jī)的應(yīng)用價值

1.1 及時掌控林業(yè)情況，保證林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計效果

無人機(jī)具備體積小、故障維修速度快等優(yōu)勢，并且機(jī)體相對靈活，可不受林業(yè)環(huán)境的限制，能夠飛行至工作人員無法進(jìn)入的危險地段，可高效、及時地獲取林地的詳細(xì)信息，可為林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計工作開展提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)支持[1]。利用無人機(jī)獲取林地信息時，操作相對簡單，工作人員只需提前設(shè)置好無人機(jī)的參數(shù)即可，無人機(jī)便可依據(jù)設(shè)定好的路線完成飛行任務(wù)，并利用機(jī)身上搭載的影像設(shè)備拍攝林地圖像，獲取詳細(xì)的林地數(shù)據(jù)，進(jìn)而確保林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計高質(zhì)量、高效率完成。

1.2 精準(zhǔn)獲取林業(yè)信息，確保林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計順利推進(jìn)

信息時代背景下，大數(shù)據(jù)、云計算以及人工智能等技術(shù)，為林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計提供了有效的解決方法，可基于無人機(jī)的應(yīng)用，通過圖像拍攝的方式獲取到真實(shí)的林地情況圖，并且可通過大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖像信息數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)提取，有效避免人工調(diào)查時出現(xiàn)的測量誤差；同時，信息獲取不易受到地形環(huán)境、天氣等因素影響。

1.3 優(yōu)化傳統(tǒng)工作方式，提高林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計效率

面對林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計要求的逐步提升，其工作難度進(jìn)一步提高。應(yīng)用無人機(jī)這一先進(jìn)科技手段，可以扭轉(zhuǎn)以往林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計以人工方式為主的局面，可提高林業(yè)調(diào)查工作的科技含量，從而確保林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計工作的高效開展[2]。與此同時，利用無人機(jī)獲取圖像及信息，可基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的規(guī)模化數(shù)據(jù)提取、大體量數(shù)據(jù)批量處理等功能，降低林業(yè)調(diào)查人員的工作量，減輕工作人員的工作壓力，還可以有效節(jié)約林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計工作的人力及時間成本。

2 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

2.1 森林火災(zāi)監(jiān)測

保障林業(yè)建設(shè)與發(fā)展是林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計的重要內(nèi)容之一，而在林業(yè)建設(shè)過程中，最為嚴(yán)重的危害便是森林火災(zāi)。森林火災(zāi)具備發(fā)生時間不確定、發(fā)展態(tài)勢難以預(yù)料等多重特征，若單純采用人工監(jiān)測方法調(diào)查森林火災(zāi)信息，則信息掌控的及時性不高，難以將火災(zāi)隱患遏制在源頭，且人工調(diào)查時可能導(dǎo)致調(diào)查人員生命健康受到威脅。在森林火災(zāi)監(jiān)測中引入無人機(jī)技術(shù)，可利用無人機(jī)監(jiān)測火災(zāi)信息調(diào)查及火情發(fā)展態(tài)勢，可起到有效監(jiān)督防控森林火災(zāi)的作用，降低森林火災(zāi)工作對人工調(diào)查監(jiān)測方式的依賴性，進(jìn)而保障林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計工作安全有效開展[3]。無人機(jī)可深入火災(zāi)現(xiàn)場，能夠采集更為全面的火情信息，也可應(yīng)用大體積無人機(jī)，將滅火裝置搭載于無人機(jī)之上，由無人機(jī)直接參與火災(zāi)撲救工作，進(jìn)而提高火災(zāi)救援效率。

2.2 林業(yè)病蟲害監(jiān)測

應(yīng)用無人機(jī)監(jiān)測林業(yè)病蟲害問題時，監(jiān)測過程更加靈活，可實(shí)現(xiàn)高空監(jiān)測，能夠精準(zhǔn)識別、發(fā)現(xiàn)病蟲害問題。可將攝像頭、數(shù)碼相機(jī)等影像設(shè)備搭載于無人機(jī)之上，由無人機(jī)飛行至高空對高大樹木的病蟲害感染情況進(jìn)行監(jiān)測。同時，也可控制無人機(jī)在飛行的同時于高空噴灑農(nóng)藥，針對大面積暴發(fā)的林業(yè)病蟲害進(jìn)行消殺與治理[4]。與此同時，針對部分以樹葉作為主要危害對象的病蟲害，也可利用無人機(jī)針對林木上部區(qū)域的樹葉拍攝影像，從而有效監(jiān)測樹葉遭到病蟲害侵襲的情況，明確病蟲害的危害程度，精準(zhǔn)辨識樹葉所感染病蟲害的具體類型，便于為病蟲害的科學(xué)防治提供詳實(shí)的信息依據(jù)。

2.3 森林執(zhí)法

森林執(zhí)法過程中需要監(jiān)控的范圍較大，采用人工監(jiān)控方式時，執(zhí)法人員活動能力有限，并且僅能目測一定范圍內(nèi)的情況，因而監(jiān)測不夠全面。而無人機(jī)可飛行至高空進(jìn)行大面積的森林影像拍攝或視頻錄制，既能擴(kuò)大森林執(zhí)法的監(jiān)測面積，也可通過圖像分析軟件、動作捕捉軟件的輔助，針對所獲取圖像展開進(jìn)一步分析，精準(zhǔn)辨識出犯罪人員的違法行為，并能及時向執(zhí)法人員提供違法行為人所處的位置，便于森林執(zhí)法工作的及時有效開展。無人機(jī)監(jiān)測的嚴(yán)密性更高、執(zhí)法更為及時，同時也可通過設(shè)定無人機(jī)自動化監(jiān)控程序，針對重要區(qū)域展開24 h不間斷的監(jiān)控，及時、高效地打擊濫砍濫伐樹木等違法行為。

2.4 營造林核查

林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計中，營造林核查屬于基礎(chǔ)性工作。然而營造林建設(shè)往往規(guī)模大、范圍廣，且土壤自然環(huán)境存在差異的地區(qū)林木長勢也不一致。人工核查營造林，不僅核查工作量大，也難以保證核查的精準(zhǔn)度，核查結(jié)果可能不夠全面與精準(zhǔn)[5]。應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)核查營造林情況時，則可基于無人機(jī)與測繪技術(shù)、影像獲取技術(shù)的融合，將攝影攝像設(shè)備及測繪設(shè)備安裝于無人機(jī)之上，進(jìn)而由無人機(jī)飛行至營造林區(qū)域內(nèi)進(jìn)行營造林面積測量、植株數(shù)量統(tǒng)計、林木長勢信息記錄，極大地提高了核查的效率與準(zhǔn)確性。

2.5 森林信息獲取

2.5.1 估算森林蓄積量

針對單位面積下的林木樹干部分總量展開估算，這就是森林蓄積量估算工作。過去采用人工方式估算森林蓄積量時，人力、物力資源消耗量較大，加之森林資源覆蓋范圍廣、野外地形復(fù)雜、工作環(huán)境較差，因而人工調(diào)查時的工作效率不高，有可能因手工測繪存在誤差而無法獲取到精準(zhǔn)的森林蓄積量統(tǒng)計結(jié)果[6]。而應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)之后，可利用無人機(jī)航拍測繪的方式收集森林信息，并可基于地理學(xué)信息收集，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)森林蓄積量的精準(zhǔn)分析，并且無論氣候環(huán)境如何，信息收集工作均不會受到干擾，能夠在精準(zhǔn)獲取森林蓄積量的同時降低作業(yè)成本、提高作業(yè)效率。

2.5.2 估測森林生物量

生物量信息采集是森林生態(tài)保護(hù)的重要工作內(nèi)容之一，以往利用人工方式針對特定森林環(huán)境展開生物量信息采集時，由于野外生物感官較為敏銳，其會在人類接近時快速離開，因此生物量信息采集具備較高的難度。與此同時，野外環(huán)境下一些生物具備強(qiáng)攻擊性，以人工作業(yè)形式采集生物量時，工作人員自身安全難以保證[7]。因此，可將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于生物量信息采集工作之中。由于無人機(jī)體型較小，主要是在空中飛行，不易被生物發(fā)現(xiàn)，因而可利用無人機(jī)近距離采集生物信息，實(shí)現(xiàn)有價值生物信息的快捷化與全面化獲取。與此同時，采集具有攻擊性生物的信息時，應(yīng)用無人機(jī)的危險系數(shù)也相對較低，可消除工作人員采集生物量信息時受到人身攻擊的可能性，進(jìn)而可通過森林生物量的精準(zhǔn)統(tǒng)計為生態(tài)保護(hù)工作的高質(zhì)高效開展奠定基礎(chǔ)。

2.5.3 預(yù)估森林郁閉度

森林質(zhì)量評估過程中，需要以森林郁閉度作為重要的判定依據(jù)，此指標(biāo)是指特定森林資源環(huán)境中喬木樹冠對地表覆蓋的程度。傳統(tǒng)以人工方式為主的森林資源郁閉度信息采集需要專門的從業(yè)人員親臨現(xiàn)場目測，或是利用相機(jī)拍攝照片等方法判斷森林郁閉度情況。人工測量不僅資源、人力投入量大，工作人員的精力體力也有限，工作環(huán)境過于復(fù)雜會影響調(diào)查進(jìn)度，且人工信息采集的精度不高。而應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)調(diào)查森林郁閉度，則可將測繪設(shè)備、攝像設(shè)備安裝于無人機(jī)之上，當(dāng)無人機(jī)飛行至目標(biāo)區(qū)域后可于高空中測繪或拍攝影像，并將獲取到的信息圖像回傳給監(jiān)測中心，進(jìn)而通過數(shù)據(jù)處理精準(zhǔn)完成目標(biāo)區(qū)域森林郁閉度情況的統(tǒng)計與分析，既可有效節(jié)約森林郁閉度調(diào)查分析的時間及人力成本，同時也可提高計算精度，并能極大地降低森林郁閉度的預(yù)估工作難度[8]。

3 林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計中無人機(jī)技術(shù)的未來應(yīng)用展望

林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計中，無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢顯著，然而目前無人機(jī)應(yīng)用仍不深入，主要限制因素有無人機(jī)維護(hù)成本較高、林業(yè)有害生物監(jiān)測技術(shù)仍不夠成熟等。在科技的逐步發(fā)展優(yōu)化下，圖像識別、衛(wèi)星遙感等先進(jìn)技術(shù)逐步誕生與應(yīng)用，因而未來無人機(jī)在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃應(yīng)用中的限制性問題也將不斷突破，無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用范圍將更為廣闊，可進(jìn)一步提高林業(yè)綜合治理能力，并提升治理過程的科學(xué)性。

3.1 加快校驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理中心建設(shè)

為保障無人機(jī)運(yùn)行及數(shù)據(jù)處理功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)構(gòu)建專門的無人機(jī)遙感校驗(yàn)中心，在專業(yè)系統(tǒng)維護(hù)人員的支持下，基于權(quán)威性無人機(jī)校驗(yàn)檢測認(rèn)證、技術(shù)服務(wù)支持，確保林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計中無人機(jī)應(yīng)用層次的逐步深化。與此同時，還要加強(qiáng)無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)處理中心的科學(xué)構(gòu)建，通過影像自動識別功能研發(fā)、快速拼接軟件開發(fā)，為無人機(jī)影像獲取質(zhì)量的提升、飛行質(zhì)量檢查效率的提高、數(shù)據(jù)信息的快捷處理提供支持，進(jìn)而確保有效滿足林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作要求[9]。

3.2 科學(xué)應(yīng)用人工智能技術(shù)

未來林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計中，需要將人工智能技術(shù)與無人機(jī)技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，應(yīng)通過高校及科研院校的合作研究，對當(dāng)前無人機(jī)應(yīng)用實(shí)踐中所面臨的技術(shù)難題進(jìn)行聯(lián)合攻克，應(yīng)針對高精度無人機(jī)遙感影像自動解譯技術(shù)展開深入研究，進(jìn)而擴(kuò)大無人機(jī)的應(yīng)用范圍，并進(jìn)一步提高森林資源調(diào)查與監(jiān)測結(jié)果的精準(zhǔn)度。與此同時，還可以以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建健康樹光譜反射圖像數(shù)據(jù)庫，以便精準(zhǔn)識別林業(yè)病蟲害并提高森林生物量估算的精準(zhǔn)度。

3.3 加強(qiáng)無人機(jī)配置及選型研究

以往在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計中應(yīng)用無人機(jī)時存在無人機(jī)續(xù)航能力不強(qiáng)、穩(wěn)定性不高的問題，因而限制了其在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用深度。為此，未來還需要將配置優(yōu)化、科學(xué)選型作為無人機(jī)應(yīng)用的重點(diǎn)，通過合理調(diào)整結(jié)構(gòu)降低無人機(jī)自重，基于新型材料研發(fā)優(yōu)化無人機(jī)性能，從而進(jìn)一步增強(qiáng)無人機(jī)的穩(wěn)定性，以便無人機(jī)在高載荷環(huán)境下的作用時間能夠有效延長，并顯著提高無人機(jī)的續(xù)航能力[10]。通過無人機(jī)技術(shù)優(yōu)化與功能完善，為林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計工作深化開展提供有力驅(qū)動。

4 結(jié)語

新時代背景下，無人機(jī)技術(shù)持續(xù)完善與優(yōu)化并逐步應(yīng)用于林業(yè)領(lǐng)域，成為林業(yè)工作開展的重要支撐性技術(shù)。林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計工作的重點(diǎn)內(nèi)容是把握林業(yè)整體情況、保障林業(yè)建設(shè)發(fā)展、明確林業(yè)歸屬權(quán)、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)及生態(tài)效益雙重目標(biāo)。因此，林業(yè)病蟲害監(jiān)測、火災(zāi)監(jiān)測、森林執(zhí)法、營造林核查以及森林資源信息調(diào)查等各個方面均是工作重點(diǎn)，而在這些工作領(lǐng)域中均可實(shí)現(xiàn)無人機(jī)技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，利用無人機(jī)體型小、靈活度高、信息獲取精準(zhǔn)等優(yōu)勢，保障林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作科學(xué)開展，降低工作危險性、節(jié)約工作成本并提高林業(yè)工作質(zhì)量及效率，增強(qiáng)林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計工作的科學(xué)性與智能性。