无人机遥感技术在林业管理中的应用

张强

摘 要：由于无人机遥感技术具有机动灵活、成本低、效率高等优点，因此被大量应用于地形地貌复杂、地域面积较大的林业部门管理工作中。该文通过研究无人机遥感技术的工作原理及其在林业部门管理工作中的应用，提出无人机遥感技术在后期研究工作中的重点方向，推进无人机遥感技术的发展，以期让无人机遥感技术更好地应用于林业资源管理工作中，更好地服务于我国林业部门。

关键词：无人机遥感技术；林业管理；数据分析

中图分类号：S771.8 文献标志码：A

1 无人机遥感技术工作原理

无人机是一种无人驾驶的可远程操控的飞行器。为了满足社会发展和行业需要，无人机作为一个载体搭载着各种专业设备。因此，我们不难理解，无人机遥感技术就是无人机技术和遥感成像技术与地面基站远程控制及信息加工处理技术的组合。无人机遥感技术主要就是通过地面工作基站对无人机进行远程控制，利用无人机作为工作载体，搭载遥感摄影成像设备和配套辅助装置来对林地展开森林病虫害、森林防火、林木采伐等情况及对应的植树造林等工作进行统筹管理。

1.1 技术设备组成

无人机遥感技术主要是由地面工作基站、无人机及其搭载的配套装置3个部分组成。地面工作基站主要是预先设置好飞行航线，然后通过3S系统（GPS、GIS、RS）实时监控无人机的飞行状态和机身拍摄姿势并进行远程操控，然后对采集获得的数据进行信息处理和加工。无人机主要包括动力系统（发动机和机翼等）、控制系统（控制计算机、指令接收执行单元等）及通信系统等。目前，动力系统主要有汽油发动机、电动发动机和混动发动机，后期会发展为新能源电动机。搭载的配套装置主要就是传感器。传感器首先是保障安全通行，并做好与地面基站的通信和控制工作，然后就是完成遥感成像、情报监测、数据采集 （空气采样、温湿度）工作。传感器遥感成像设备主要有可见光相机（可见光照片的获取，正射影像图的生成）、可见光摄像机（目标识别定位与追踪）、红外热像仪（火灾识别、火灾定位）、高光谱成像仪（病虫害识别）、合成孔径雷达（地形地貌测绘）、激光雷达（林地参数）等。林业部门根据不同的工作需要选择相对应的传感器。

1.2 工作流程

无人机遥感技术工作的主要流程有前期准备工作、林地现场外业调查和内业数据分析与信息处理3个工作阶段。

1.2.1 前期准备

作业前首先确定调查区林地面积、植被情况以及试验时间内的天气情况，有无雨雾和大风天气。根据试验区林地面积选择合适的无人机，保证续航能力；根据植被发育情况和雨雾天气选用可用作大重叠度摄影的高像素数码相机，根据风速大小考虑是否选用固定翼无人机等。

1.2.2 林地现场调查

无人机起飞至稳定后，切换到自动飞行模式，传感器系统、数码相机等设备开始工作，地面工作人员实时查看无人机飞行状态和作业情况，保证无人机按照预设的航线飞行，密切注意无人机飞行速度和高度，同时检查此时的拍摄效果，并及时做出相应调整。拍摄作业结束后再切换至人工操控模式直至降落。

1.2.3 数据分析和信息处理

外业结束后，地面基站工作人员对外业获取的数据和信息进行整理、校验，对因畸变误差和无人机拍摄姿势引起的图像投影变形和旋转等问题，通过光学原理进行几何校正，以获得垂直投影图像即林地调查平面图像。根据整理的数据和信息判断林地是否有病虫害、火灾以及林地植被发育情况。

2 无人机遥感技术的应用

2.1 林地资源信息和相关参数的获取

林木的几何参数主要是通过ArcGIS软件的ArcMap模块对遥感图像进行分块，并根据土地和树种进行分类，然后采用面向对象法和人工视觉法2种方法对中低郁郁闭度的林区分块进行选择，再通过ArcGIS的高精度DOM模块获得DEM图像，并获得CHM文件，进而从CHM文件中提取我们需要的林木的几何参数。

从无人机搭载的高精度传感器所获取的高分辨率的遥感图像中提取林地生物量信息，采用面向对象分类方法提取单木树冠面积数据，并结合已有现场实测的单木胸径数据，建立树冠面积與胸径的函数模型，利用经验方程，根据参数的相关性，采用统计回归的方法，参照遥感数据反演估算生物量，另外，还可以基于可见光波段获取植被指数，借助卫星图像评估大面积林地区域内的森林生物量， 但受图像分辨率影响较大。

2.2 病虫害调查、森林火灾监测、林业巡护和执法

无人机携载高光谱成像仪或者双光谱摄像机和可见光相机，获取调查的林地区域高分辨率影像和高光谱数据，根据特征向量采用相似性分类法判别林地病虫害，并确定病虫害区域位置和范围。无人机携载可见光和红外摄像机，根据特征向量采用相似性分类法判别森林火灾，并确定火灾区域位置和范围。无人机搭载可见光相机和红外热像仪，对固定林地区域进行监测，根据特征向量采用相似性分类法判别林地违法情况，并确定违法区域位置和范围。

3 无人机遥感技术展望

虽然目前无人机遥感技术已经发展成熟，但面对大面积的林地区域以及复杂的林地环境和监测内容，象小火点的及时发现、大重叠度摄影、航线和控制稳定等问题，如何高质量、高效地做好林地管理工作，还需要对技术和设备进行提高以满足工作需要。

目前，我们国家的森林火灾监测能力比较薄弱，很难对小火点进行监测，当监测到森林火灾时已经造成大面积林地损失，加之从森林火灾应急救援启动到森林灭火的过程很长，火势蔓延将会给我国林业资源造成巨大损失。所以高精度的遥感技术设备的研究发展至关重要。

林地生物量主要是通过遥感数据反演估算，但所需数据繁多和计算复杂。由于森林资源监测工作主要是通过ArcGIS 软件协助完成，我们还应该重点研究如何获取更高精度的林木几何参数。所以传感器精度还需要进一步提高，同时，还应该将卫星遥感和无人机遥感相结合以获得更高的估算精度。

综上所述，为了提高传感器精度，低空飞行甚至是近地飞行技术还有待研究。面对复杂的林地环境，近地飞行难度极大，首先要保证航线正确和飞行稳定，还有就是对于大面积的林地调查，现有的无人机动力不足，续航能力差以及难以应对不良天气等缺点还有待改进。

4 结语

森林是我国的重要资源，监测林地环境工作非常重要，鉴于此，我们还需要研发高精度的技术设备，提高无人机遥感技术水平，以获取高精度的林地监测数据和信息，为国家林业管理工作提供可靠的依据。

参考文献

[1]赵国帅.无人机遥感在林业中的应用与需求分析[J].福建林业科技，2017（1）：136-140.

[2]路宽，佘振维，王圣先.无人机遥感在森林资源监测中的应用[J].低碳世界，2017（34）：355-356.