無人機技術(shù)在森林病蟲害防治中的應(yīng)用及對策

李海軍

（甘肅祁連山國家級自然保護區(qū)管護中心隆暢河自然保護站 甘肅張掖 734400）

近年來，隨著“綠水青山就是金山銀山”理念的不斷深入人心，森林資源保護工作備受關(guān)注，森林病蟲害防治作為森林資源保護的重要一環(huán)引起了高度重視。隨著森林覆蓋面積的增加，森林病蟲害種類與數(shù)量日益增多，輕則導(dǎo)致樹木干枯、葉片發(fā)黃，重則導(dǎo)致大面積樹木死亡[1]，嚴(yán)重破壞了森林結(jié)構(gòu)與林木資源安全。以前，森林病蟲害防治主要以人工方式為主，不僅無法覆蓋整個林區(qū)，而且防治效率低下。為切實做好森林病蟲害防治工作，各地區(qū)大力引進各種現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)手段，無人機技術(shù)即為其中之一。無人機技術(shù)憑借其成本低、效益高、操作簡單等優(yōu)勢在森林病蟲害防治中得到了廣泛推廣與應(yīng)用，顯著提升了森林病蟲害防治效果。基于此，探討無人機技術(shù)在森林病蟲害防治中的應(yīng)用及對策建議，對于有效防治森林病蟲害、助力林業(yè)產(chǎn)業(yè)又好又快發(fā)展等意義重大。

1 無人機技術(shù)概念、特點及優(yōu)勢

1.1 概念

無人機是綜合運用無線電遙控設(shè)備與自身搭載的程序控制裝置等以實現(xiàn)不載人飛行的一種飛行器[2]。與載人飛行器相比，無人機具有體積小、成本低、能耗低、質(zhì)量輕、起飛條件受限較少等諸多優(yōu)勢，即便在無人駕駛條件下，依然可以高效完成各種繁雜的空中飛行任務(wù)。一般情況下，無人機由飛行構(gòu)件、無線通信系統(tǒng)、自動導(dǎo)航系統(tǒng)、遠(yuǎn)程自動化操作程序等部分組成。因無人機應(yīng)用的領(lǐng)域不同，其搭載的儀器與系統(tǒng)也存在著一定的差異。如今，最常見的無人機包括無人直升機、固定翼無人機、多旋翼無人機等類型[3]。

1.2 技術(shù)特點

1.2.1 靈活性與環(huán)境適應(yīng)性強

靈活性強是無人機技術(shù)的重要特點之一。在傳統(tǒng)作業(yè)模式下，飛機駕駛主要以人工為主，必須綜合考慮作業(yè)區(qū)域的危險性，大部分危險區(qū)域飛機極難進入。而無人機技術(shù)可以有效彌補上述問題，高效地完成諸多高難度的勘測任務(wù)，并獲取精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息。另外，就體型而言，無人機相對輕便，這也決定了其操作靈活，可以快速適應(yīng)各種環(huán)境條件[4]。

1.2.2 功能多樣化，適用于多項工作

無人機功能眾多且配置靈活，多數(shù)功能型設(shè)備都可以重組或拆卸。因此，在實際作業(yè)中可以結(jié)合具體作業(yè)條件提前調(diào)整設(shè)備，以滿足多元化作業(yè)需求。另外，無人機可以配備測繪相機、激光雷達(dá)、多光譜相機等設(shè)備，功能強大，且易于調(diào)整。通常，在無人機設(shè)計時，都會綜合考慮云臺負(fù)載物功能，以確保其在執(zhí)行各種任務(wù)時使用相對應(yīng)的功能。

1.2.3 信息獲取效率高，精準(zhǔn)度高

無人機的信息獲取能力較強，且速度快。在執(zhí)行任務(wù)時，無人機獲取的高清的畫面及高精準(zhǔn)度的勘測數(shù)據(jù)，為后續(xù)研究提供了可能。近年來，隨著信息技術(shù)與人工智能的飛速發(fā)展，無人機技術(shù)成功融合5G技術(shù)，大幅提升了信息收集速率，有效解決了無人機操作領(lǐng)域?qū)I(yè)人才缺失的問題[5]。

1.3 無人機技術(shù)在森林病蟲害防治中的優(yōu)勢

無人機技術(shù)在森林病蟲害防治中的應(yīng)用，既可以顯著改善以往傳統(tǒng)人工防治效率低、效果差等問題，又能科學(xué)監(jiān)測林業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，為技術(shù)人員動態(tài)監(jiān)測與維護森林資源提供一定的便利。

1.3.1 病蟲害調(diào)查簡單化

一般情況下，森林資源面積廣泛，地形地貌奇特，生態(tài)環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)的人工病蟲害調(diào)查必將消耗大量的人力、物力與財力，且調(diào)查難度大，調(diào)查效率與質(zhì)量不高。另外，受氣候、森林地形地貌、交通等因素限制，人工調(diào)查無法深入高山峻嶺等危險區(qū)域，嚴(yán)重制約了森林病蟲害調(diào)查工作的正常開展[6]。然而，無人機可以深入整個森林區(qū)域進行航拍，即便是在地形地貌與環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域，其也可以正常開展病蟲害監(jiān)測工作，顯著降低了調(diào)查工作難度。

1.3.2 監(jiān)測手段科技化

無人機搭載的影像航拍技術(shù)擁有監(jiān)測功能，可實時動態(tài)監(jiān)測與拍攝森林病蟲害狀況，即便是在地形復(fù)雜的區(qū)域，依然能夠?qū)崿F(xiàn)快速、精準(zhǔn)拍攝，并及時向相關(guān)工作人員反饋拍攝獲取的病蟲害信息。另外，聯(lián)合應(yīng)用多臺無人機拍攝，可高效完成長時間的精準(zhǔn)拍攝作業(yè)，既能大幅提升工作人員的工作效率與質(zhì)量，又能助力森林病蟲害防治工作的信息化與現(xiàn)代化。

1.3.3 防治高效化

就傳統(tǒng)森林病蟲害防治工作而言，充沛的人力、物力與財力是順利開展病蟲害監(jiān)測與防治的重要條件。然而，多數(shù)林區(qū)地形地貌復(fù)雜，為病蟲害監(jiān)測與防治帶來了很大困難。將無人機技術(shù)應(yīng)用于森林病蟲害防治工作當(dāng)中，既可以明顯減少各項投入成本，又能實時動態(tài)監(jiān)測病蟲害發(fā)生發(fā)展趨勢，最終使病蟲害防治效率實現(xiàn)大幅提升[7]。

2 無人機技術(shù)在森林病蟲害防治中的應(yīng)用

2.1 在森林病蟲害調(diào)查中的應(yīng)用

首先，借助無人機技術(shù)可以高效開展森林病蟲害遠(yuǎn)程調(diào)查。無人機技術(shù)與遙感技術(shù)相結(jié)合，通過遠(yuǎn)程操作，實現(xiàn)全方位調(diào)查與巡視森林病蟲害類型及其對森林的破壞程度，并在屏幕上精準(zhǔn)反映森林病蟲害的狀態(tài)[8]，為后續(xù)高效開展病蟲害防治工作提供有效的參考依據(jù)。遙感技術(shù)以圖片的形式將調(diào)查結(jié)果輸送至移動終端，工作人員可以據(jù)此了解森林病蟲害狀況，以便采取切實可行的病蟲害防治措施，顯著提升森林病蟲害防治效果。

其次，無人機搭載光譜相機、可見光相機等設(shè)備，可在一次飛行當(dāng)中獲取不同光譜波段的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，高效調(diào)查森林病蟲害危害情況。一般情況下，光合作用是林木生長過程中的重要環(huán)節(jié)之一，健康的林木光合作用極為活躍，在此過程中會吸收大量的紅光，并發(fā)射紅外線的光譜；一旦林木遭受病蟲害侵襲，部分葉片將會枯萎甚至死亡，其光合作用明顯下降，吸收的光也較少，溫度也較低，紅外輻射弱。在實際工作當(dāng)中，可以運用上述原理充分發(fā)揮無人機技術(shù)的優(yōu)勢，以高效開展病蟲害調(diào)查工作，仔細(xì)分析與處理無人機反饋的數(shù)據(jù)與圖片信息，為管理人員精準(zhǔn)掌握森林病蟲害類型及其危害程度提供便利，并據(jù)此提出針對性的治理措施。另外，計算機技術(shù)多方位處理與分析無人機傳遞的病蟲害信息，為今后病蟲害防治工作提供了明確的方向。

最后，無人機技術(shù)擁有精準(zhǔn)的定位功能，在大范圍森林資源病蟲害防治工作中較為適用。借助無人機定位技術(shù)，可精準(zhǔn)確定森林病蟲害發(fā)生的區(qū)域及面積，為病蟲害精準(zhǔn)防治提供有效參考，以顯著提升森林資源病蟲害防治效果[9]。

無人機技術(shù)在森林病蟲害調(diào)查中表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，因此，需結(jié)合實際情況，充分發(fā)揮無人機技術(shù)的優(yōu)勢，提升森林病蟲害調(diào)查的準(zhǔn)確性，助力林業(yè)產(chǎn)業(yè)健康、穩(wěn)定發(fā)展。

2.2 在森林病蟲害防治中的應(yīng)用

無人機技術(shù)在制定森林病蟲害防治方案中也具有廣泛用途。

首先，經(jīng)無人機勘察獲取的圖片清晰度較高，工作人員可以據(jù)此精準(zhǔn)判斷森林病蟲害種類、特點與危害程度等，為后續(xù)有效防治提供強有力支撐。部分陡峭地區(qū)植被茂密，森林病蟲害繁雜，顯著增加了森林病蟲害實際調(diào)查與治理方案制定難度[10]。無人機技術(shù)有效彌補了以上缺陷，可顯著提升病蟲害防治效果與水平。

其次，借助無人機搭載裝置，向森林病蟲害發(fā)生區(qū)域噴灑農(nóng)藥。通過遠(yuǎn)程控制將無人機置于特定區(qū)域，其在飛行過程中會產(chǎn)生氣流，在氣流作用下農(nóng)藥易于廣泛擴散，為藥物大范圍發(fā)揮作用創(chuàng)造了有利條件，顯著提升了農(nóng)藥噴灑效果，為防治方案制定提供了新的選擇。

最后，結(jié)合實際工作需求，選擇適宜的無人機技術(shù)，并融合衛(wèi)星遙感技術(shù)等其他先進技術(shù)，精準(zhǔn)確定森林病蟲害嚴(yán)重區(qū)域及重點發(fā)生部位，據(jù)此制定科學(xué)、合理的防治方案，以有效提升森林病蟲害防治工作效率與水平。

3 應(yīng)用對策建議

盡管無人機技術(shù)在森林病蟲害防治中具有顯著的優(yōu)勢，但是在實際應(yīng)用過程中也存在著一些共性問題，亟須逐步進行解決。可從多方面著手解決這些問題。

3.1 增強無人機續(xù)航能力，強化其技術(shù)研究

目前，市場上無人機種類繁多，由于各行各業(yè)對無人機的要求不同，因此，生產(chǎn)廠商必須投入充足的資金制造各種類型的無人機，以滿足各行業(yè)多樣化的需求。當(dāng)前，市場上無人機電池容量相對較小，僅能供無人機飛行20 min～30 min。就森林病蟲害防治工作而言，無人機技術(shù)應(yīng)用還受諸多因素影響，例如，大風(fēng)會影響無人機噴灑線路的準(zhǔn)確性；無人機飛行時間較短，一旦病蟲害發(fā)生范圍廣泛，其無法滿足長時間噴灑藥物的需求，最終導(dǎo)致病蟲害防治效果不佳。據(jù)此，無人機生產(chǎn)廠家應(yīng)當(dāng)在控制成本的前提條件下，積極創(chuàng)新無人機技術(shù)，優(yōu)化與完善其制造材料選擇，增加無人機續(xù)航時間，顯著拓寬無人機技術(shù)在森林病蟲害防治領(lǐng)域的使用范圍。另外，還應(yīng)當(dāng)持續(xù)研發(fā)輕量化的無人機平臺及其搭載設(shè)備，盡可能研發(fā)出集多種功能于一體的平臺，減少搭載設(shè)備數(shù)量，既可以提升無人機的有效負(fù)載能力，又有利于保持較長的續(xù)航時間。

除此之外，林區(qū)環(huán)境繁雜，這對無人機的飛行穩(wěn)定性提出了嚴(yán)峻考驗。無人機體積小且質(zhì)量輕，導(dǎo)致其抗風(fēng)性能較差，在飛行過程中，極易受到風(fēng)力的影響而出現(xiàn)不同程度的傾斜、顛簸甚至機載監(jiān)測設(shè)備失靈等現(xiàn)象，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致無人機無法正常使用。為使無人機技術(shù)的作用得以充分發(fā)揮，相關(guān)部門必須重視無人機科技研發(fā)工作，例如，優(yōu)化升降技術(shù)、提高抗風(fēng)性能、增強機載監(jiān)測設(shè)備穩(wěn)定性等，以確保無人機在惡劣的環(huán)境條件下依然可以安全、正常開展各項工作[11]。另外，必須強化無人機技術(shù)培訓(xùn)工作，定期做好相關(guān)技術(shù)維護與完善工作，助力無人機技術(shù)在森林病蟲害防治中的價值得到充分發(fā)揮。

3.2 培養(yǎng)專業(yè)的無人機操作團隊

無人機技術(shù)應(yīng)用的專業(yè)性較強。在實際工作當(dāng)中，普遍缺少專業(yè)的技術(shù)人員，大多數(shù)森林病蟲害防治工作人員的年齡較大，學(xué)歷有限，不能精準(zhǔn)操控?zé)o人機，導(dǎo)致無人機技術(shù)應(yīng)用難以開展。相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)在林區(qū)挑選技術(shù)人員參加無人機構(gòu)造、工作原理、操作技巧等方面的專業(yè)知識與技術(shù)培訓(xùn)，并嚴(yán)格執(zhí)行“持證上崗”制度，以組建專業(yè)的無人機森林病蟲害防治團隊，規(guī)范無人機操控[12]，充分發(fā)揮無人機在森林病蟲害防治工作中的作用。

4 結(jié)語

無人機技術(shù)在森林病蟲害防治中的應(yīng)用廣泛。與傳統(tǒng)作業(yè)方式相比，無人機的靈活性與環(huán)境適應(yīng)性強，功能強大且信息獲取效率高，精準(zhǔn)度高，為高效開展森林病蟲害調(diào)查與制定森林病蟲害防治方案創(chuàng)造了良好條件，顯著提升了森林病蟲害防治效果。然而，在實際應(yīng)用中依然存在一定的問題，亟須相關(guān)部門通過增強無人機續(xù)航能力、培養(yǎng)專業(yè)的無人機林業(yè)團隊、強化無人機的技術(shù)研究等有效措施，提升無人機技術(shù)在森林病蟲害防治中的應(yīng)用效果，助力林業(yè)產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)、健康發(fā)展。