無人機在林場森林資源管理中的應用分析

龍光林

（融水苗族自治縣國營懷寶林場，廣西 柳州 545399）

0 引言

“數據是未來的石油”，隨著世界經濟的發展，林業等行業正大力發展產業大數據。無人機是近年來發展起來的一種新型技術，它在森林資源調查、森林面積核查等領域得到了廣泛的應用，在林業資料采集中起著舉足輕重的作用。目前，無人機技術在林業領域已取得了較大的社會、經濟效益，對森林資源的管理有著特殊的優越性。

1 傳統森林資源管理方法的局限性

森林是人類社會最重要的一種自然資源。就陸地上的生態系統而言，森林生態系統由于幅員遼闊、豐富的結構、豐富的物種多樣性、多樣的資源、多樣的功能過程、豐富的食物鏈和食物網而脫穎而出。森林是地球生態系統的主要組成部分，具有涵養水、調節大氣、抗風固沙、保持大氣穩定等諸多作用，為人類社會提供了生存所需的基本資源[1]。然而，由于傳統的管理方式的限制，使其不能得到科學有效的保護，不能充分挖掘其潛在的潛在價值。比如，我國的森林管理中，森林火災一直是個大問題。傳統的森林防火管理方式一直處于被動地位，無法有效地實現早期發現和預防的目標。

隨著科學技術和社會經濟發展水平的不斷提高，人們越來越重視對森林病蟲害的防治工作。在預防森林病蟲害方面，傳統的管理方式主要依賴于定期巡檢管護人員，然而這種方式存在著巡檢時間過長、問題發現不及時等缺陷，因此不能對病蟲害進行及時有效的預防和控制。在林業執法工作中，由于各種原因，導致大量森林資源遭到破壞，以至于產生大量的經濟損失。這一切都是由于傳統的森林資源管理方式不能及時地發現和有效地采取措施，導致了森林資源被破壞，違法分子得以逃脫。

傳統的森林管理方式主要依賴于人工巡視，這種方式的操作難度較大，工作效率低下，且需要較長的檢查周期，并且由于巡檢人員的技能水平不同，導致了信息獲取不夠精確等問題；雖然，衛星監測技術已經取代了人工，但是，在森林資源信息的獲取上，仍有一些不足之處。如：獲取時間較長，時效性較差，不能滿足對森林資源進行實時監測的需要；盡管傳統的有人造機克服了人工巡檢和時效性差的缺點，可以滿足實時監控的要求，但是由于飛行費用和維護費用較高，無法實現對森林資源的日常監控，特別是當發生森林火災時，飛行人員的人身安全將面臨極大的威脅。而近幾年來，隨著無人機技術的蓬勃發展，其在森林資源調查、監測和日常管理方面提供了強有力的技術支持。

2 無人機概述及其基本特征

2.1 無人機概述

無人機是一種無人駕駛飛機的簡稱。無人機控制系統，是將地面測控技術、微型計算機、行動通信技術和遙感技術等與傳統無人機遙控裝置加以集成，并對有關數據進行攝影收集和簡單的數據處理和回傳。從其內部結構上看，該系統由飛行終端，中央控制系統，傳感器（高清數碼攝像機），以及地面監視等部分構成。在開展林業資源調查時，要根據所要監測的森林環境和管理的需要，構建適合其需要的軟件系統。

2.2 無人機技術的基本特征

2.2.1 比較靈活

無人機的最大特點就是容易操控，它能在任何時候都能對各種突發情況做出反應，并能快速地進行工作，能對監控區域進行大范圍的監控，能在很短的時間里就能產生高清的圖像數據。另外，無人機技術能夠對所采集的信息進行及時的處理與匯總，并將收集到的資料及時準確地反饋至信息中心，使資料信傳遞時間大為縮短。在起飛時間上，無人機與人相比，可以更快地起飛，并且不會受到外部環境的影響，它具有省時省力、安全高效、靈活等優點，便于隨時待命并進行工作。

2.2.2 分辨率高、數據準確

在現代科技的幫助下，無人機使用了具有更高分辨率的數字圖像技術，利用低空行駛（通常距離地面不大于1km）時所獲取的圖像分辨率范圍約0.1～0.5m，同時還對林木及森林資源信息進行了精細計算，使得無論森林的地面數據或是森林資源核查信息，其分辨率具有較顯的優越性。經過現場使用，驗證了該技術在精密、高速度、精密、高精度領域的廣泛應用，滿足了一定的需求[2]。

2.2.3 有固定的航線，成本低

在森林監測領域，每架無人機都可以手動設置執行預設程序，從而實現高度、角度和飛行模式的相對精確，特別是在自然條件或人為因素導致的環境變化區域，其監測效果更為顯著，具有極高的實用性。一方面，為了得到更準確的圖像信息，它們會選擇比較低的飛行高度，再加上我國對低空航行的管制比較少，因此，在林業發展方面，無人機并沒有受到太大的阻礙。另一方面，無人機的運營控制是單一的，不需要太多的人員和設備來進行維護，而且運營成本低，維護起來也比較方便，可以最大限度地發揮無人機的效能。

3 無人機在林場森林資源管理中的應用內容

目前，盡管運用了3S 技術、衛星遙感、視頻監控、GPS 等尖端技術對林業森林資源進行管理，但這些技術并未從根本上解決林業森林資源管理所面臨的諸多難題。隨著我國經濟的發展以及社會進步，人們對環境意識不斷提高，在這種形勢下，傳統的林業管理模式已經無法滿足人們日益增加的需求。因此，在林業管理中，開發和應用更多、更先進的現代高科技已成為至關重要的使命。其中，最重要也是最具革命性意義的一項科技就是無人機技術。無人機技術的運用，無疑為林業工作注入了一雙翅膀和一雙“天空之眼”，為林業和森林資源的管理提供了一把“空中護衛傘”。目前，無人機已經廣泛地應用于航空測量、環境監測、農林作業、資源勘查以及國防軍事等眾多行業之中。在林業領域中，無人機技術的應用范圍廣泛，涵蓋了森林資源監測調查、野生動植物追蹤監測、森林病蟲害防治、森林防火、林業執法等多個方面，其所具備的獨特優勢更是無可比擬。無人機以其靈活輕便的優點被廣泛應用于森林防火、森林病蟲防控、林區巡邏監控、森林撫育作業等方面。無人機的便攜性、飛行的精準穩定性以及承載云臺的靈活性和多樣性，使其能夠快速實時地巡查監測面積遼闊、地形復雜的森林，從而獲取準確的森林資源現狀信息，極大地提高了林業管理工作的效率，節約了人力財力，為林業工作人員提供了真實的依據。

3.1 應用于森林資源調查

對于森林資源的現狀、森林管理歷史、管理條件以及未來發展等非自然因素，進行的一項調查被稱為森林資源調查。隨著科學技術的進步與人們生活水平的提高，我國對森林資源保護工作越來越重視，這也使得森林資源調查成為一項十分重要的內容。在進行森林資源調查時，采用了多種技術手段，包括測量技術、測樹原理、遙感技術以及抽樣技術等，以全面了解調查區內森林資源的數量、分布和生長情況。通過這種方式來獲得關于森林資源狀況信息，以便更好地了解森林資源變化情況，并且根據這些信息來制定合理的經營措施與對策。通過及時識別森林資源的數量和質量，全面掌握其生長和消亡的比例關系以及動態變化，從而客觀反映社會經濟和自然條件，最終獲得準確的調查成果，為林業政策制定和森林科學管理提供可靠依據。

例如，由我國北斗星通與Green Valley 公司共同研發的無人機LiDAR 測量系統。與之相匹配的Li-Forest林業軟件，可在雷達點云資料基礎上，實現對林木生物量、蓄積量、植被覆蓋率等一系列參數的提取，并可實現對林木密度、林齡、林分、林冠、林分等植被類型、林分密度、林分面積、林分DEM 等信息的自動獲取，進而實現對森林的三維重建，為森林資源的監測與管理奠定基礎。

3.2 應用于監測森林病蟲害

2015 年6 月，廣西率先應用無人機航測技術對玉林市興業縣、百色市西林縣的森林病蟲害進行了快速、準確的監測。本次無人機對興業縣、西林縣疫區周圍的林地進行了覆蓋范圍為10 萬畝的無人值守。無人機航測技術因其高精度，可準確定位枯萎樹木、變色樹木和異常林分，并可及時檢測病蟲害，為森林害蟲的預警和防治提供科學、高效的基礎，是實現森林生態文明建設的重要保證。

具體而言，該技術主要利用紅外線獲取監測后的光譜圖像，對于健康樹木的光譜圖像而言，其綠色部分呈現出更多的色彩，同時在紅外線的作用下，能夠吸收更多的藍光或紅光波段。而那些被病蟲感染的樹木，經過一段時間的生長，其外表就會有一些改變，比如綠意漸漸減少，葉子開始發黃，還有一些葉子開始脫落，在這種情況下，用紅外光波進行探測，可以發現，與正常的樹木相比，紅光與藍色光波的吸收要差很多[3]。有關人員可以認真仔細地對比并觀察所得到的光譜圖像與正常情況下的光譜圖像，從中找出差異。這樣，就能知道受病蟲害危害的具體林木面積和林木受病蟲害危害的具體程度，以便有針對性的采取防治措施，使林木得以健康生長。

3.3 應用于監測森林火災

利用無人機技術解決森林火災，可通過無人機云臺搭載紅外及可見光高清相機對關鍵區域實施空中巡查，同時結合視頻監控系統，形成大范圍視頻監控，無人機集中檢查的陸空一體化森林火災系統。通過無人機搭載的紅外與可見光高清相機獲取的火情數據可將火點、熱點、火場輪廓、區域、蔓延速度及趨勢信息實時傳輸至地面站或者指揮中心以達到火情精確定位與火情分析的目的，以輔助森林管理者及時作出準確判斷與決定。特別是對初期火災及隱蔽火災監測，預防效果更佳。

本文以廣西河池市為例，介紹了無人駕駛飛機在森林火災中的應用。河池市為典型喀斯特地貌，山地多，地少，森林覆蓋率為71.02%，是廣西森林火災多發、多發、高發區。為了防止森林火災的發生，將火災的損失降到最低。最近幾年，河池市率先在全區域的森林消防領域內，對無人機技術進行了積極的研究和推廣，充分發揮了現代無人機的智能化、功能化的特點，對空中護林和緊急救援進行了加強，將森林火災的防御網進行了更加嚴密的建設。截至目前，已經有超過200 多次的無人駕駛飛機進行了超過8000 公升的噴灑，并運輸了500 多kg 的其他物資。為進一步提高河池林區森林火災的監控和管理水平，促進該區的生態文明建設和可持續發展做出新的貢獻。

3.4 調查森林水文狀況

運用無人機遙感技術，對森林水源實施監控，以掌握土壤資源和地下水來源，并形成一定的自然資源信息庫，從而開展森林資源研究。因為無人機遙感的成本低、作業簡便的優勢，所以已經普遍的運用在了全國森林資源的監控管理工作中。與此同時，定期監控森林中自然資源的具體情況以及其使用情況，能夠給人們帶去更深的認識，進而有效輔助相關部門處理水資源污染問題，更能極大程度維護水資源利用秩序，對于保持生態環境和推動可持續發展具有極大幫助作用。

3.5 助力于林業執法

在森林執法過程中，經常會遇到一些困難。例如：森林面積大，巡查困難，違法案件難以及時發現，違法案件難以取得證據。在林業執法中，無人機飛行以其便捷的操作、高速的飛行、高清的航拍和實時的數據傳輸等優勢，特別適用于對高山、遠山、密林等地區的非法采伐林木、非法占用林地的調查取證和日常巡查工作[4]。

通常情況下，這類工業級無人駕駛飛機的飛行時間超過1h，其巡邏范圍接近10km2，相當于每日兩個工作小組的巡邏任務，從而極大地提高了森林公安和林業執法的工作效率。由于無人機具有體積小、重量輕、續航里程長、成本低的優點，因此它不僅能滿足森林公安民警全天候巡山護林的需要，同時也能適應復雜地形環境。無人機的高清航拍能力不僅能夠實時采集違法行為的證據，并將其傳輸到地面站，從而為執法人員提供了可靠真實的證據，維護了森林資源的安全[5]。

通過運用無人機技術實現聯合執法，利用其實時傳輸功能，能夠在最短時間內鎖定違法行為，并將其地理坐標廣播分發給正在對林區進行巡邏的森林公安部門，從而使最近的森林公安部門能夠快速到達違法行為的發生地點。利用其響應速度快、反饋及時的航線掃描優勢，對所轄林區進行日常巡邏，以實現對違法行為的精準定位，并對違法行為分子進行定位跟蹤、警告制止等措施。同時，通過與地面監控中心的通信和視頻通話，也能有效獲取違法人員的位置信息，以便于更好地開展監管活動。同時，運用航拍、測量等技術模塊，精準地獲取違法行為的信息，例如對盜伐林木的面積、株數等進行測量，為林業執法工作提供了有力的證據。

4 結語

總之，無人機技術在森林資源調查、病蟲害監測、森林防火防災、調查森林水文狀況和林業執法管理等領域具有良好的應用前景。利用現代化的高科技來輔助林業管理工作，建立一種切實可行的現代林業森林資源管理系統，使其走向可持續發展的趨勢，不僅是林業發展的趨勢，也是生態文明建設的需要。