无人机在营造林综合核查中的应用

赖永超

（湖北省林业调查规划院，湖北武汉 430070）

1 无人机在营造林综合核查中的应用

1.1 营造林综合核查项目及机型

营造林综合核查项目主要包括以下6 个：1）退耕还林；2）提高干果经济林质量，增加其收益；3）保护天然林；4）加强对国家级公益林的管理；5）林地补偿；6）精品与灌木林改造。

无人机在营造林综合核查中应用的机型主要有两种。1）大疆六轴旋翼无人机。其优势在于拥有专业级相机，能够更换镜头，但体积比较大，搬运不方便，续航能力不强。2）大疆精灵4 无人机。其优势在于体积小，较为轻便，价格相对便宜，使用方便，但缺点在于无法更换相机，续航时间不长［1］。

1.2 营造林综合核查无人机应用组织和方案

在营造林综合核查中开展无人机应用，应当挑选专业的人员成立专门的实验小组，小组成员包括两方面人才：1）技能高超的外业飞手；2）专门的数据采集、分析和处理人员。其工作任务在于通过操控无人机来采集相关资料，派遣外业小组于野外进行调查，利用无人机进行航拍，实施低空采样作业，整理无人机航拍获取的各项数据信息，制作正射影像，并对结果进行科学分析，科学编制实验报告。

在开展营造林综合核查无人机应用的过程中，应当严格按照相关实验方案来执行作业，做到以下2 点。1）要全面了解实验区域的地貌特征，围绕核查项目进行飞行实验，以探索无人机在营造林综合核查中应用的技术难点，找准其应用方向，为以后的林业调查工作奠定扎实基础，提供可靠的参考依据。2）应当将人工调查和无人机调查两种方式结合应用，以提高林业调查结果的完整性，使之更加全面，数据更加准确。在进行人工调查时，需要核查人员收集和整理相关资料，深入到林地现场进行全面勘察工作，可通过定位数据采集仪、划分小组区域等方式来进行调查，以了解林地的成活率、保存率及其实际情况等，并做好记录工作。在进行无人机调查时，需要根据实际情况来确定无人机勘察的起飞点和降落点，科学规划小班范围，制定适宜的无人机飞行航线和高度，以做好航拍工作［2］。还可以利用手动操作来进行近距离拍摄或是对坡拍摄，以获取更为详尽的数据。通常来说，无人机的拍摄数据有两种类别：1）重叠度非常高的航片数据，能够拼接成正射影像，主要用于了解林地的面积，株与株之间的行间距离；2）重叠度较低或是没有重叠的航片数据，其作用在于对照地形图来确定面积。

1.3 营造林综合核查无人机应用实施

在营造林综合核查无人机应用具体实施过程中，应当注意以下5 点。

1）先收集与工程项目相关的各项资料，做好无人机备飞准备，包括但不限于设计图、影像资料，科学配备外业用图，确定好无人机的飞行范围，确保其符合飞行条件。与此同时，还要保持无人机电量充足。一般情况下，标配电池可支撑无人机飞行30 min，难以满足一整天的飞行任务，因此需要配备多块电池，并且保持这些电池电量充足，以避免无人机无电量支持无法飞行。

2）要做好现地飞行准备。到达现地之后，需要综合考虑多方因素，判断是否具有无人机飞行条件，如若确定能够飞行，则应当做好相应的准备工作。一方面，地面站的信号要保持稳定，可选择地势比较高、能够观察小班全貌的位置作为无人机起飞点和降落点，安装好无人机、遥控、平板等设备。启动飞控、GPS 等，规划飞行区域和航线，通过飞行自检或是人工校准的方式来确保无人机的正常运行，将飞行任务传输至无人机系统中。可使用市场中免费的无人机控制软件来规划无人机航拍线路、航测范围，一般情况下其底图为30 m 左右的高德影像，必须联网，否则无法传输航拍影像。

3）在进行无人机飞行时，主要有2 种飞行模式。①自动航拍，指的是设定好飞行航线、飞行范围等参数后，等待无人机飞回，如若飞行过程中发现电量不足，则需要将其返回，更换电池之后再继续飞行。如果是正射影像，那么航向重叠率在60%～80%，旁向重叠率在30%～50%，高度大概为100 m左右，分辨率为5 cm；如若不做正射影像，那么航向重叠、旁向重叠率均在10%～30%。②手动控制，指的是根据地形地貌的实际情况，来手动操作无人机，使之进行垂直、倾斜拍摄，一般来说高度控制在50 m 左右，近距离拍摄局部时高度为5 m［3］。

4）要有专门的人员来开展详细的现地调查工作，严格遵循相关技术细则，充分利用数据采集仪来进行核实，对各主要因子进行科学分析，如合格面积、苗木规格、土地类型、树种以及成活率等，并拍照记录小班全貌。

5）在无人机完成飞行任务之后，下载其采集的数据信息，检查其飞行成果，记录飞行状况，整理好之后再进行下一阶段飞行。完成当天的飞行计划后，需要将无人机的航拍数据复制到计算机设备中，通过拼接、正射等方式来进行检查。利用相关专业软件来对航拍数据进行分析，以了解其信息特征，将数据分析结果编制成完整报告。

1.4 营造林综合核查无人机应用类型和效果

在营造林综合核查无人机应用过程中，可以根据项目类型的不同、造林年度的不同、树种的不同来科学划分营造林综合核查项目类型：1）植树造林类；2）竞技提质类；3）封育管护类。根据实验结果可发现，植树造林类的作业痕迹相对来说更明显，经济提质类难以判断其工程措施，封育管护类在分区方面存在一定的难度。作业年度越晚，痕迹就愈加明显，从正判率方面来说，针叶树种相对于阔叶树种来说更高些；从影像方面来说，苗木规格增大、树冠越大，影像则愈发明显［4］。为了确保无人机航拍影像数据更加清晰，需要通过不同的飞行高度来进行拍摄，如进行低飞拍摄、近飞拍摄等。当无人机飞行高度降低时，其所拍摄的照片覆盖面积则会减小，照片数量会成倍增加，需要耗费大量电量，需要的飞行时间也比较长。需要注意的是，并不是任何地势都能够进行低飞拍摄，如若遇到地势起伏不平的状况，采用低飞拍摄则很容易出现撞树、撞山等事故，安全性不高。为保证低空飞行的拍摄效果，不可使用自动飞行模式，要采用手动控制模式，时时关注无人机周边的环境，对操作人员的技术要求比较高。就目前而言，无人机外业飞行时间和人工现地调查时间几乎没有太大偏差，但是两者的不同在于前者还需要进行数据加工和判读，后者数据已然成型，仅需汇总资料。

2 无人机在营造林综合核查应用中存在的问题

现阶段，无人机在营造林综合核查应用中仍然存在着很多问题，有待于进一步改善，其问题主要有以下3点。1）林地地块不聚集，存在分散性，每到一块地都需要重新组装无人机，选择适宜的起飞点和降落点，重新设置飞行航线，设定好相应的参数，准备工作时间较长，至少要花费20～30 min。2）如若要拍摄清晰的小班全貌，则需要通过多次飞行拍摄若干张照片，然后根据其重叠部分将其进行拼接；如若要确定株和株的行间距离，则要进行正射影像，拍摄的时候航向重叠率要控制在50%～60%，旁向重叠率则要保持在20%～30%，如若重叠率不达标，则难以确定各项参数。3）拍摄的时候还需要进行局部拍摄，如此才能了解树苗、管护等状况，但实际上难度较大，难以获取准确的信息［5］。

3 提高无人机在营造林综合核查中应用效果的有效措施

为提高无人机在营造林综合核查中的应用效果，应当从2 方面着手。一方面，要做好现地调查工作，全面采集各项数据，将无人机作为辅助来开展核查工作，以提高营造林综合核查效率，减少外业工作时长。具体来说，应当基于传统现地核查工作，不断开发应用野外数据采集软件，充分利用现代计算机信息技术，逐步实现无纸化办公，减轻相关人员的工作量，科学汇总统计相关数据，以保障数据的精确性和完整性。将无人机航拍作为辅助手段，做好人工检查工作，以便于获取准确的数据，了解树种状况，明确造林密度，掌握成活率、保存率等。合理应用无人机技术，有利于提高营造林综合核查工作效率，减弱外业工作强度，缩短核查时间。另一方面，要加大对无人机操控人员的培养力度，提升飞控人员的专业水平，丰富其知识技能，从而保障无人机有效应用。作为无人机操控人员，其不仅要掌握扎实的林业知识，还要掌握遥感技术、测绘技术、计算机操作技术等技能，以便于灵活操控无人机。需加大对飞控技术人员的培养力度，重视提升飞控人员职业素质水平。

4 结语

营造林综合核查并不是一项简单的工作，其涉及到多方面内容，具有一定的复杂性，传统的野外观察手段难以解决当前工作中的问题，必须引用无人机技术，以便于提高营造林综合核查工作效率，保障核查结果的准确性，从而促进营造林综合核查水平提升。