无人机遥感技术在洮河自然保护区林业资源调查与监测中的应用

何春风

摘 要 随着信息技术、遥感与智能化的融合与进步，无人机遥感技术在森林资源的研究与跟踪中扮演着越来越重要的角色。为揭示无人机遥感技术给现代林业调查与监测带来的变革与机遇，给相关领域的进一步研究与应用提供参考。简要论述了无人机遥感技术的定义及其在林业调查中所展现的优势，基于洮河国家级自然保护区的实际情况，从林业调查规划、林木病虫害监测、火灾预防与检测、林木参数提取与分析等角度剖析林业资源调查与监测工作中无人机遥感技术的实际应用。

关键词 无人机遥感技术；林业资源；调查与监测；洮河国家级自然保护区

中图分类号：S771.8 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.24.032

林业资源，作为地球生态系统的重要组成部分，既承担着维持生物多样性、调节气候和水文循环等生态功能，又为人类提供了众多经济效益[1]。对林业资源的精准调查与监测是科研和政策制定中的重要议题。遥感技术，作为一种能够在宏观尺度上对地表特征进行非接触性观测的方法，其在林业资源调查与监测中的潜力逐渐得到了广泛关注。而无人机（Unmanned Aerial Vehicle Drones，UAV），作为一种灵活、低成本、高效率的观测工具，其与遥感技术的结合，无疑大大拓宽了林业资源调查与监测的可能性[2]。本文从理论与实际应用的角度，以洮河国家级自然保护区（以下简称洮河保护区）为例，探讨无人机遥感技术在林业资源调查与监测中的具体应用，为我国林业资源的可持续管理探寻一种更加高效、精确的方法。

1 无人机遥感技术概述

遥感技术，融合了计算机、数学与地球科学等领域的知识，为科研和实际应用提供了先进的探测手段。目前，此技术已从初期的航空光学摄影进化到利用各种平台和传感器进行卫星探测，尤其是具有多个平台和高分辨率的高光谱遥感，可以捕捉多个波段的光谱信息，从而为可见光到远红外的各种波段提供精确的数据。鉴于其对大范围目标的高信息捕获能力及优越的空间和时间分辨率，遥感技术在我国的资源勘查、城市规划和灾害预警等领域得到广泛应用。

无人机遥感技术结合了无人机的飞行能力与遥感设备的数据采集特性，主要由地面控制站和飞行无人机组成。地面控制站不仅负责确定飞行路径、监控飞行进展，并接收数据，还能实时控制无人机的行为[3]。林业资源调查与监测中，调查人员利用无人机遥感技术，可以基于实际的调查需求，预先规划无人机的飞行轨迹与高度，依托于全球定位系统（Global Positioning System，GPS）、惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）、载波相位差分技术（Real Time Kinematic，RTK）实现立体测图，进一步增强测绘的精度和完整性。同时，结合ERDAS IMAGINE、Post Flight Terra 3D等工具，保护区地面站可以将获得的图像迅速转换为数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）和数字正射影像图（Digital Orthophoto Map，DOM）的数据格式。相对于卫星遥感，无人机能够提供更高的精确度（可达0.1 m），使工作人员更精确地了解林区的树木数量、生长情况和病虫害情况等。

2 林业资源调查与监测中无人机遥感技术的具体应用

2.1 林业调查规划

洮河保护区总面积达287 760.00 hm2，其中林地面积为261 483.12 hm2，占土地总面积的91.4%。非林地面积为26 276.88 hm2，占土地总面积的8.6%，森林覆盖率为44.4%，林地绿化率为71.33%。洮河保护区内动植物资源丰富，共有高等植物1 302种，国家重点野生保护植物31种，野生动物26目59科275种，有国家重点保护野生动物60种，其中国家Ⅰ级保护动物15种，国家Ⅱ级保护动物45种；列入国家保护的有益的或者有重要经济、科学研究价值的陆生野生动物名录的动物达115种。开展林业调查规划工作对于制订合理的林业发展计划、维护生态多样性，保护濒危物种和珍稀植物等均具有重要的作用。

洮河保护区林业资源调查的主要对象是森林及其相关的生态系统，包括树木、植被、土壤、野生动植物和水源等。此项工作要求工作人员进行广泛而多样的数据采集，利用高时空分辨率信息，追求实时或近实时的数据反馈。无人机遥感技术能够在短时间内覆盖广大区域，获取高分辨率和多时相的数据，从而为林业资源的详尽评估和快速决策提供强大的技术支持。在林业调查规划中，无人机遥感技术的具体应用体现在以下3个关键环节。

1）为了确保无人机遥感技术的有效应用，飞行计划的仔细规划和选择适当的飞行路径、高度及时间非常重要，直接影响数据采集的质量和效率。因此，无人机飞行前，工作人员应根据调查目标和地形特点，制订飞行计划，选择合适的飞行路径、高度和时间。确保无人机遥感技术的应用在林业调查中能够充分发挥作用，提供高质量、高效率的数据，以便进行后续的分析和决策制定。2）传感器的选择。无人机应搭载多种传感器，以捕捉不同类型的数据。除了传统的RGB摄像头，洮河保护区的人员在无人机上配备近红外、热红外和多光谱摄像头，以便全面捕获林木生长状态、水分含量等深层信息。3）数据验证和校准。为确保所收集数据的准确性，调查人员采用ERDAS IMAGINE或Post Flight Terra 3D等专业的遥感软件进行图像处理，包括图像拼接、校正和生成DEM或数字表面模型（digital surface model，DSM），以助力林业人员深入分析森林的結构、密度和其他关键生态参数。此外，无人机遥感技术还在林地年度变更工作中发挥着不可或缺的作用，基于“一张图”的林地资源，能够实时并精确地更新洮河保护区内的造林、采伐、征占用、自然灾害发生情况等信息，确保林业数据的权威性和准确性，进而为洮河保护区内的林业调查规划及动态监管工作提供有力支撑。

2.2 林木病虫害监测

洮河保护区内林木病虫害监测工作需要具有广泛性、实时性和精确性等特点。无人机遥感技术可以覆盖大面积的监测，提供快速的数据收集，并配合多光谱摄像头等先进传感器，准确地检测和分类病虫害，为森林管理者提供及时、准确的决策支持。

洮河保护区林业调查人员开展林木病虫害监测工作时，基于无人机遥感技术，综合考虑地形、树种分布及历史病虫害数据进行目标区域的预评估，为无人机的任务规划提供依据。然后，根据预评估结果，选择特定波段的传感器，如近红外（Near Infrared，NIR）、红外（infrared ray，IR）或短波红外[short-wave （length） infrared （band），SWIR]相机，用于捕捉与病虫害相关的植被指数变化，如归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）的异常波动。对于地形复杂的区域，调查人员利用LiDAR技术获取高精度的点云数据，生成精细的DEM，用于规划仿地飞行路径，为后续分析病虫害的分布情况提供立体背景。数据采集完成后，使用ERDAS IMAGINE或ENVI等高级遥感图像处理软件，对多时相、多波段的数据进行融合、分类和解译，识别可能存在的病虫害迹象和受害区域；采用专用的算法如随机森林、支持向量机等机器学习方法，自动识别和区分各类病虫害特征，提高数据处理的效率和准确性。此外，针对病虫害扩散的紧急情况，工作人员应利用无人机进行实时监测，并与智能喷雾系统联动，基于精细的DEM数据，根据洮河保护区内不同区域的受害程度采取差异化的喷洒策略，确保在复杂地形中实现药物的均匀喷洒，最大限度减少药物浪费，确保病虫害得到快速、有效的控制。

2.3 火灾预防与监测

林业资源调查与监测中，火灾预防与监测工作需要高度的时效性、准确性和广泛的覆盖面[4]。洮河保护区作为重要的生态区域，拥有丰富的动植物资源和独特的生态系统，森林火灾无疑会对这一生态系统造成严重的破坏和影响。无人机遥感技术因其能迅速响应、高空勘察和获取高分辨率影像等優势，与林业火灾预防与监测的需求高度契合。

洮河保护区的林业调查人员依托无人机遥感技术的精确性和即时性开展森林火灾预防与监测工作，加强地空配合，控制重特大森林火灾的发生。在森林中，阳光聚焦、树下积蓄的枯枝落叶等造成的高温，均为火灾的潜在起点。日常工作中，调查人员除了运用无人机进行常规的林区巡查外，还为无人机配备了热红外传感器，这是一个专门针对热辐射的波段，能准确检测出微小的温度变化，从而迅速定位森林中的异常热点区域，通过辐射温度的反演算法，估算出地表的实际温度，为火险评估提供关键数据。在季节性火险高发时期，调查人员利用多光谱传感器，对森林蓄积物、植被湿度和其他易燃物进行高分辨率的图像采集，获取关于植被水分状态的指标，如归一化水指数（Normalized Difference Water Index，NDWI），为森林干旱度的评估提供了数据支持。当确定某区域水分不足，极易引发火灾时，将该区域标注为高风险区域，并安排专门的地面巡查人员，指导地面团队进行清理或其他防火活动。发生火灾时，调查人员则基于无人机的实时图像传输功能快速了解火势的分布、传播方向和速度，为前线灭火团队制订策略提供信息支撑。火情发生后，调查人员利用无人机上的LiDAR技术进行火线追踪，并快速对灾区进行立体扫描，生成火灾后的地形和林冠结构数据。同时运用高光谱传感器，分析火灾区域的矿物质和生物质组成，以判断火势的燃烧深度和强度，从而更精确地评估火灾的影响和损失，为后续的森林恢复和重建工作提供数据支持。

2.4 林木参数提取分析

林业资源调查与监测中，洮河保护区林木参数提取分析工作的主要对象是森林中的各种树木，尤其是关键树种和生态系统的代表性组成成分。为获取树木生长状态、树冠结构、直径、树高等基本参数，需要高分辨率、高精度的数据来准确揭示微观和宏观的森林结构。无人机遥感技术凭借其低空飞行、灵活性和搭载多种传感器的优势，能够在森林密集、地形复杂的区域，捕获细节丰富的图像，通过精确地测量和分析如树高、直径、树冠宽度、种类和生长状况等关键参数，为林业工作者评估森林的物种多样性、生物量和碳储存量等提供数据支持，还能预测上述因素对森林气候变化、病虫害和人为干扰的响应，从而制订更为科学、精细化的林业资源管理策略。

林业调查人员在开展林木参数提取分析工作的前期环节，根据林区的复杂性和特异性，基于无人机遥感技术，进行地面控制点的布设以确保高精度的几何纠正。确定无人机飞行高度、速度和重叠率后，采用配备有高精度RGB相机和LiDAR系统的无人机获取高分辨率的空间数据，在低空飞行中捕获细致的林区影像。飞行任务完成后，数据的后处理阶段至关重要。调查人员利用点云处理软件，如PDAL或CloudCompare，进行LiDAR数据的滤波和分类，以剔除非林木对象。结合像素级的图像分割技术，应用RGB和多光谱数据，细化树冠分割，并提取特征如NDVI以评估林区植被的生长活力，准确地估计林分密度和立地条件[5]。对于需要进一步深入分析的区域，例如，疑似病虫害侵袭或遭受其他生理压力的区域，调查人员可利用无人机搭载的多光谱传感器，基于前期获得的数据信息，更为精细地获取反映植被健康状况的数据，如叶绿素含量和水分状态等。

在林业资源调查与监测中，无人机遥感技术的应用不仅为林木参数提取分析工作提供超高分辨率的空间图像，还能结合多光谱、热红外和LiDAR等传感器数据，为深入洞察林木生理、生态和结构特性提供了可能性，提高了林木资源的数据质量和决策效率，为林业资源调查与监测赋予了更深的视角。

3 结语

在技术与生态交汇的当下，无人机遥感技术为林业资源调查与监测工作提供了全新的视角，将传统观测方法提升至更高的精度与深度。本文解析了无人机遥感技术的原理及其在提高林业资源调查效率和准确性方面的固有优势，基于洮河保护区的现实情况，从林业调查规划、林木病虫害监测、火灾预防监测到林木参数提取分析等关键环节，对该技术在林业资源调查与监测多个维度中的应用进行了全面梳理，揭示了此技术在推动林业资源管理向更高层次、更广范围发展的潜力。

参考文献：

[1] 梁建荣.林业资源调查监测：无人机遥感技术[J].中国林业产业，2023（7）：74-75.

[2] 冯蕊.无人机遥感技术助力森林资源调查监测[J].中国林业产业，2023（6）：78-79.

[3] 陶佳亮.无人机遥感技术在林业资源调查与监测中的应用探究[J].新农业，2023（1）：34-35.

[4] 储成林.无人机遥感技术在林业资源调查与监测中的应用[J].林业科技情报，2022，54（1）：59-61.

[5] 朱晓敏.浅谈无人机遥感技术在林业资源调查与监测中的应用[J].南方农业，2020，14（20）：

76-77.

（责任编辑：张春雨）