无人机在林业调查中的应用及操作实例

陶再平

（广西壮族自治区国有黄冕林场，广西鹿寨 545600）

无人机是一种现代化新型飞行装置，无人机系统中搭载一定的感应设备，在系统内部设置核心控制系统，同时装有相应的定位装置，可自动把控方向。无人机运行过程中，需要专业技术人员进行合理规范的远程操控，实现航空摄录目的。无人机通过先进的通信技术，可将拍摄的相关影像画面及时传输到远程操控装备中，实现信息和数据的实时传送，为后期工作提供便捷。在林业调查过程中，将无人机和遥感技术结合应用，可提升林业调查的速度和效率，获得高分辨率影像资料，为林业管理和林业防护提供真实有效的数据。本文结合理论和实践，总结了无人机在林业调查中的应用，以供林业工作者参考。

1 无人机在林业调查中的应用

1.1 在林业调查规划中的应用

传统的人力调查技术相对比较落后，存在一定的危险性。无人机技术具有无人智能操作、调查范围广、调查精度高等特点。例如，在林业调查规划过程中，可以利用无人机完成林业覆盖度的调查，即利用无人机搭载遥感技术平台，通过卫星影像数据，建立光谱植被指数与覆盖度的相关模型，并通过地面数据平台完成对后续数据的处理，通过人工地面采集数字影像，对影像进行图像分隔或分类操作，提取覆盖度。通过卫星影像提取覆盖度，受天气影响大，且空间分辨率、时间分辨率常常难以满足森林样地的覆盖度变化研究需求。

另外，无人机可以搭载和应用激光雷达，实现对数据的精准控制，将单木数据从整体点云中分割出来，获得植物高度、植物冠大小、植物面积、植物胸径、立木蓄积和林业生物信息量等参数，提升林业调查效果。使用无人机进行林业调查，还可以覆盖更加广泛的森林调查范围，全面调查当前森林资源的具体情况，为林业资源的科学管控提供支持。

1.2 在伐区调查中的应用

伐区调查是林业调查的重要组成部分，对林区林业建设具有重要作用。伐区调查具有调查种类多、调查规模大的特点，传统的伐区调查工作效率低、误差较大，勾图全凭人工判断，技术人员素质的高低直接影响勾图的精度，不同技术人员的勾图存在较大差异。另外，伐区调查作业面积相对较大，难以进行一次测量，影响测量精度。利用无人机技术开展伐区调查工作可有效解决上述问题，可以预先做好飞行方案，甚至可搭载RTK定位系统，利用无人机切斜摄影技术完成伐区整体调查，以获得清晰立体的正射影像地图，最大限度提高面积调查精度及伐区调查效率[1]。此外，通过无人机可以有效监控伐区具体情况，为下一步林木培育与林木种植等提供支持。

1.3 在火灾监测、灭火救援中的应用

在火灾监测和灭火救援过程中，应用无人机具有较大的优势。无人机日常维护简便，不需要相应的起落机场，在危险的火灾现场能够及时勘察和运输，同时不需要驾驶人员，技术人员远程操控就能完成相关任务，在多种复杂地形现场能够高效使用。无人机在火灾现场能够大面积巡查，在恶劣环境和复杂地形现场替代消防人员，减少人员伤亡。无人机具有良好的机动性和实效性，能够动态跟踪消防灭火救援现场关键位置，监控重点区域。工作人员可以利用无人机及时准确地投放救援设备设施，帮助消防人员高效开展灭火救援工作；同时工作人员可以借助无人机快速分析火灾现场实际状况，将相关信息反馈到终端指挥电脑，便于指挥人员制定有效的灭火救援措施，提高工作效率。

当前，我国部分林场已经开始着手建立无人机火灾监测系统，用于日常森林防火巡护、灭火救援等工作，提升森林防火效果。在实际的森林防火和火灾监测过程中，工作人员利用无人机技术能够完成快速定位火点、快速确定火势火情、探测防火路径等多项任务。①快速定位火点。一旦发生森林火灾，可以利用无人机以及红外遥感搭载系统完成森林巡查，利用红外热感应原理锁定森林火灾位置，并通过卫星定位系统完成对火灾地理位置的计算和确定[2]。②快速确定火势火情。传统人工火险分析的危险系数极高，而利用无人机可以在火场上空完成火灾面积分析、火情爆发速度分析、火场主体范围数据参数分析等工作，并通过通信端的通信模块快速回传森林防火信息。③探测防火路径。森林火灾蔓延速度快，火情瞬息万变，指挥人员利用无人机传回的实时信息，可以科学规划救援方案，设计最佳的灭火救援路线，及时调整灭火救援车辆。

1.4 在病虫害监测中的应用

在林业调查过程中，可以利用无人机对病虫害进行有效监测，实现对林区的有效保护。在当前林业病虫害调查过程中，主要利用无人机光谱感应技术实现病虫害监测。光谱感应技术主要利用树木的叶片和树干颜色变化实现对树木病虫害发生情况的监测，确保病虫害调查更加合理。无人机调查过程中，主要完成测区地形调查、航线规划、数据预处理、精度检测等多项工作，获取多光谱正射影像、专题地图、变色立木矢量点、变色立木属性表与监测成果报告，最大限度保证病虫害调查效果。

1.5 在林业资源、生态湿地资源监测中的应用

地表植被覆盖率是判定林区植被分布和自然生态环境的重要指标。我国一般采用卫星遥感和人工采集的方式全面调查和统计植被覆盖率，但是卫星遥感技术在实际应用过程中成本高、精度低，人工采集的工作质量和效率难以有效保障。无人机具有较强的灵活性，能够根据不同需求，针对性地设计飞行航线、高度和区域等，突破了传统采集方式的局限性，提高了数据采集效率，增强了监测的精准性。现阶段，我国在部分珍贵林木覆盖率的调查研究工作中应用无人机技术，积累了大量实践经验，充分表明利用无人机能够有效获取林地面积、辨别树种、明确树龄、计算林地密度等，数据的分辨率和时效性均较高，不仅大大降低了工作成本，还有效提升了工作质量和林业调查技术水平[3]。

湿地是我国较少的一种地形，加大湿地资源保护力度是维护自然生态平衡的重要措施之一。在湿地资源调查中，采用无人机技术能够充分发挥遥感测绘技术的优势，高效精准地计算湿地植被的面积比例，跨区域生成对应图像，在无人干预的基础上生成个性化湿地资源保护方案[4]。近些年，无人机的应用范围不断扩大，选配功能不同的传感器能够有效增强采集结果和预期研究内容的符合度，保证采集精度和质量。

2 无人机在林业调查中的操作实例

2.1 案例分析

广西壮族自治区国有黄冕林场2020年完成伐区调查3 266.67 hm2，设计出材43.3万m3，占年度计划的108%。这是该林场历年来伐区调查面积最大、设计出材最多、完成速度最快的一年。2020年，国有黄冕林场逆势而上，倒排工期，落实责任，创新技术，超前完成年度伐区调查任务。现将其工作措施总结如下。一是周密部署，挂图作战。细化年度目标任务，分解落实到季到月，制图造表上墙，确定每周完成量。二是责任到人，目标考核。将任务具体落实到人，制定每周定期通报制度，营造“比学赶超”的氛围，有力推动工作落实。三是人机结合，全面推进。在调查工作中大量使用无人机、测高仪等先进设备，最大限度地提高勾图和测量的精度和效率。

2.2 无人机操作要点

一是合理选择无人机类型。选择大疆Phantom 4 RTK无人机，机身预装机载D-RTK，配合网络RTK服务或DJI D-RTK 2高精度GNSS移动站，可实现厘米级定位，实现更为精准的测绘作业；机身前部、后部及底部的视觉系统与两侧的红外感知系统，可提供多方位视觉定位及障碍物感知；云台相机可稳定拍摄4K超高清视频与2 000万像素照片。二是合理选择飞行环境。无人机应用易受天气影响，宜选择天气晴朗、风力较小（风速5级以下）的时段进行作业，并选择地形开阔、周围无高大建筑物的场所作为飞行场地。不在有高压线、通信基站或发射塔等区域飞行，并将无人机控制在视线内，远离障碍物、人群、水面等。三是合理设置无人机运行参数，即最大飞行高度500 m、最大起飞速度15 m/s、最大水平飞行速度15 m/s、航向重叠率80%、旁向重叠率70%、最大返航高度500 m、低电量警报。