陳志銀，高 悅，仇才樓，王光標(biāo)，解春霞，熊大斌

（1.江蘇省林業(yè)有害生物防治檢疫站，江蘇 南京 210036；2.江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇 南京 211153；3.新沂市森林檢驗(yàn)檢疫站，江蘇 新沂 221400）

對(duì)加快發(fā)展江蘇林用無(wú)人機(jī)開發(fā)應(yīng)用的思考

陳志銀1，高 悅2，仇才樓1，王光標(biāo)3，解春霞2，熊大斌1

（1.江蘇省林業(yè)有害生物防治檢疫站，江蘇 南京 210036；2.江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇 南京 211153；3.新沂市森林檢驗(yàn)檢疫站，江蘇 新沂 221400）

根據(jù)長(zhǎng)期從事現(xiàn)代化林業(yè)建設(shè)和學(xué)習(xí)林業(yè)機(jī)械化應(yīng)用工作的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，分析了當(dāng)今林用無(wú)人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與存在問(wèn)題，認(rèn)為隨著江蘇林業(yè)的現(xiàn)代化、科學(xué)化、集約化經(jīng)營(yíng)與發(fā)展，無(wú)人機(jī)的開發(fā)應(yīng)用將在林業(yè)發(fā)展中起到重要作用。并結(jié)合江蘇林業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)，對(duì)林用無(wú)人機(jī)在政策法規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、適用機(jī)型和綜合研發(fā)等方面進(jìn)行了思考與探討。

無(wú)人機(jī)；林業(yè)；開發(fā)；應(yīng)用；精準(zhǔn)林業(yè)

無(wú)人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle）目前已應(yīng)用于公安、消防、海運(yùn)、氣象、航空拍攝、森林防火、農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)控及農(nóng)藥噴灑等領(lǐng)域［1－3］。本文結(jié)合江蘇林業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)無(wú)人機(jī)在林業(yè)上的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，并對(duì)開發(fā)應(yīng)用無(wú)人機(jī)存在的問(wèn)題和發(fā)展對(duì)策進(jìn)行了思考和探討。

1 無(wú)人機(jī)在江蘇現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展中的作用與機(jī)遇

精準(zhǔn)林業(yè)是當(dāng)今世界林業(yè)發(fā)展的新熱點(diǎn)，它是由信息技術(shù)支持的一整套現(xiàn)代化林業(yè)操作技術(shù)與管理的系統(tǒng)［4］。精準(zhǔn)林業(yè)技術(shù)體系是由信息獲取系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)與智能化林業(yè)機(jī)械等3個(gè)部分組成。目前，獲取信息的方式主要包括衛(wèi)星遙感、大型飛機(jī)航拍、定點(diǎn)攝像、手持或車載式信息采集和無(wú)人機(jī)信息獲取等［5］。傳統(tǒng)的林地信息獲取技術(shù)（如衛(wèi)星遙感、大型飛機(jī)航拍等）獲取的是宏觀信息，由于傳統(tǒng)信息的獲取方式受限于成本和作業(yè)周期等的影響［6］，其時(shí)效性較差且易受云霧的干擾，已難以滿足現(xiàn)代林業(yè)生產(chǎn)和信息獲取的需求。

江蘇地處暖溫帶與亞熱帶交界，為落葉闊葉林與常綠闊葉林的過(guò)度地帶［7］?！笆晃濉逼陂g，江蘇重大林業(yè)有害生物治理面積達(dá)53.3萬(wàn)hm2次，常年發(fā)生面積10萬(wàn)hm2左右。江蘇自然分布的病蟲種類繁多，全省有森林病害322種、蟲害752種，分別占全國(guó)的11%和15%，分布區(qū)域地形復(fù)雜，直接、間接損失重大，并且防治難度很大［8－9］。經(jīng)多年防治，松材線蟲病危害趨于穩(wěn)定，但防治難度逐年增大；楊樹食葉害蟲大規(guī)模發(fā)生或暴發(fā)成災(zāi)的可能性越來(lái)越高；楊樹枝干害蟲發(fā)生范圍有擴(kuò)大趨勢(shì)；有害植物及竹類害蟲將加重發(fā)生；美國(guó)白蛾已入侵并在局部地區(qū)造成危害，極有可能呈跳躍式擴(kuò)散；防范舞毒蛾等外來(lái)有害生物入侵的形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。今后一個(gè)時(shí)期，因?yàn)樘囟ǖ牡乩砦恢煤蜌夂?、便捷交通和外向型?jīng)濟(jì)、環(huán)境惡化和異常氣候、人工林比重和林種樹種單一程度增大等不可抗拒因素相互影響，江蘇林業(yè)有害生物災(zāi)害將進(jìn)入新的高發(fā)期，林業(yè)有害生物防控任務(wù)艱巨，正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

目前，林業(yè)有害生物綜合治理中化學(xué)防治的主要林用藥械為各類高揚(yáng)程車載噴霧機(jī)及電動(dòng)、手動(dòng)施藥機(jī)，由于防治靶標(biāo)樹木的高度常超出施藥范圍，對(duì)樹木上部蟲口密度較大的枝葉防效不佳［10］。有人駕駛飛機(jī)對(duì)林業(yè)有害生物進(jìn)行防治適用于連片大面積林業(yè)病蟲害防治作業(yè)，受起降場(chǎng)地、使用地點(diǎn)、時(shí)間等限制，且飛行作業(yè)高度高，農(nóng)藥施用量過(guò)大，噴灑霧滴可控性差，易漂移靶標(biāo)區(qū)，對(duì)空氣、水體及土壤造成滲透污染［11］。這對(duì)以丘陵山區(qū)、平原林海以及四旁綠化為主要林地類型的江蘇林業(yè)生態(tài)安全造成重大風(fēng)險(xiǎn)。

近年來(lái)，江蘇省森林病蟲害防控部門組織了一些林業(yè)有害生物專業(yè)化防治隊(duì)伍，配備了多種新型大中型森防器械，提升了裝備條件，提高了防治效率。為了更有效精準(zhǔn)地對(duì)林業(yè)有害生物進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警，解決常規(guī)地面森防器械難以進(jìn)入林地核心區(qū)、揚(yáng)程不夠以及防治強(qiáng)度大、施藥量大、效率低等問(wèn)題。盡快利用更專業(yè)化、現(xiàn)代化的林用無(wú)人機(jī)對(duì)林業(yè)有害生物進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，并對(duì)林業(yè)有害生物進(jìn)行精準(zhǔn)施藥，進(jìn)而最大限度提升防治效果、降低成本、提高森林防治效率的示范應(yīng)用，已成為現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展的迫切需求和必備保障。目前，國(guó)內(nèi)林用無(wú)人機(jī)技術(shù)的研究仍處于初級(jí)階段［12］。

無(wú)人機(jī)從行業(yè)應(yīng)用的角度劃分，大致可分為軍工級(jí)無(wú)人機(jī)、工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)和消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)。工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)和消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)一般統(tǒng)稱為民用無(wú)人機(jī)［13］。無(wú)人機(jī)按照動(dòng)力系統(tǒng)，可分電池動(dòng)力與燃油動(dòng)力2種。電池旋翼機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)核心是電機(jī)，機(jī)身小，但載重量小，單次飛行時(shí)間較短。燃油旋翼機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)核心是發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)身較大，載重量相對(duì)較大，單次飛行時(shí)間較長(zhǎng)。旋翼無(wú)人機(jī)作業(yè)高度足可覆蓋高大樹木的頂端，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)霧化噴藥，藥液漂移少；可空中懸停，與GPS系統(tǒng)配合可實(shí)現(xiàn)較高的位置定位；無(wú)需專用機(jī)場(chǎng)起降；旋翼產(chǎn)生的向下氣流有助于增加霧流對(duì)作物的穿透性，提高防治效果；單機(jī)防控極大提高單位勞動(dòng)力效率。以上特點(diǎn)，使得林用無(wú)人機(jī)已成為現(xiàn)代化林業(yè)綜合立體防控體系中不可或缺的重要組成。

2 當(dāng)今林用無(wú)人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

2.1 發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外應(yīng)用農(nóng)林航空技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家有美國(guó)、日本、俄羅斯、澳大利亞、巴西等［14］。美國(guó)飛機(jī)防治農(nóng)林面積占農(nóng)林總面積50%以上，全美65%的化學(xué)防治是采用飛機(jī)作業(yè)完成，飛機(jī)防治對(duì)農(nóng)林業(yè)的直接貢獻(xiàn)率為15%以上。日本的農(nóng)林航空作業(yè)面積占農(nóng)林總面積的53.8%，利用無(wú)人機(jī)作業(yè)面積占航空作業(yè)面積的38%，2012年日本已擁有農(nóng)林無(wú)人機(jī)2 400架以上，無(wú)人機(jī)操控人員14 163人。巴西在2008年3月注冊(cè)的航空器就已有10 417架，其中農(nóng)林無(wú)人機(jī)約1 050架，占總數(shù)的10%以上。

國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)上防治第1代玉米螟，防治效果60%～80%，玉米可增產(chǎn)10%～15%［15］。北京8家科研院校協(xié)作，開展衛(wèi)星導(dǎo)航無(wú)人機(jī)防治小麥蚜蟲技術(shù)的研究，結(jié)果證明無(wú)人機(jī)防治小麥蚜蟲無(wú)漏噴、重噴現(xiàn)象，農(nóng)藥?kù)F滴均勻，滅蚜效果在90%以上［12］。無(wú)人機(jī)在林業(yè)上的應(yīng)用研究較少，相對(duì)集中于森林防火領(lǐng)域［16］。李宇昊進(jìn)行了無(wú)人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的數(shù)據(jù)獲取、處理、與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比和誤差分析的研究［17］。截至2012年，我國(guó)僅有100架左右無(wú)人機(jī)注冊(cè)在用，且農(nóng)林航空飛行時(shí)間占總航空飛行比例正逐年下降。這與我國(guó)提倡的林業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)需要極不相符。2012年數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)林作業(yè)飛行時(shí)間較長(zhǎng)的省份有黑龍江、山東、河北等，江蘇的飛行時(shí)間在全國(guó)各省份中排名第9。因此，盡快在江蘇推廣無(wú)人機(jī)在林業(yè)上的應(yīng)用技術(shù)尤為迫切。

2.2 存在問(wèn)題

首先，我國(guó)對(duì)無(wú)人機(jī)的管理和推廣還存在很多政策法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的空白。2013年11月，民航局頒布咨詢通告《民用無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》，該咨詢通告屬于臨時(shí)性管理規(guī)定，針對(duì)目前出現(xiàn)的無(wú)人機(jī)及其系統(tǒng)的駕駛員實(shí)施指導(dǎo)性管理。根據(jù)《暫行規(guī)定》，不超過(guò)7 kg的微型無(wú)人機(jī)，飛行范圍在目視視距內(nèi)半徑500 m，相對(duì)高度低于120 m范圍內(nèi)，由無(wú)人機(jī)系統(tǒng)駕駛員自行負(fù)責(zé)，無(wú)須證照管理。但對(duì)無(wú)人機(jī)應(yīng)用中宏觀市場(chǎng)的準(zhǔn)入條件、適航認(rèn)證管理、飛行資質(zhì)認(rèn)證、飛行管制、從業(yè)人員技術(shù)培訓(xùn)以及無(wú)人機(jī)安全性和技術(shù)參數(shù)要求等方面，還有很多問(wèn)題有待解決。目前，我國(guó)低空領(lǐng)域（1 000 m以下）還未對(duì)民用開放，無(wú)人機(jī)在飛行使用中暫無(wú)明文規(guī)定要求，基本是依據(jù)慣例和多方協(xié)調(diào)的方式而行，無(wú)人機(jī)自身安全、攜帶物品安全、無(wú)人機(jī)對(duì)地面人和建筑的安全責(zé)任、商業(yè)保險(xiǎn)等問(wèn)題，都需要研究摸索，盡快建章立制，這是我國(guó)林用無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可繞過(guò)的重要問(wèn)題之一。

第二，國(guó)內(nèi)外無(wú)人機(jī)研發(fā)存在的相同問(wèn)題之一就是力量分散，資源有所浪費(fèi)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，航空產(chǎn)業(yè)是一個(gè)高科技、高投入、高風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)，需集合有實(shí)力的產(chǎn)、學(xué)、研、商等系統(tǒng)群策群力，但現(xiàn)階段由于信息不暢等諸多因素，研究形式上大多封閉獨(dú)立，研究?jī)?nèi)容上有所重復(fù)，還未形成良好的合力。空域操控遙感無(wú)人機(jī)以及可以特殊圖像處理的專業(yè)人才相對(duì)稀缺。現(xiàn)階段市場(chǎng)上的無(wú)人機(jī)技術(shù)水平相對(duì)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，這在一定程度上制約了我國(guó)無(wú)人機(jī)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

第三，無(wú)人機(jī)的商業(yè)化服務(wù)發(fā)展模式有待繼續(xù)提高。有些無(wú)人機(jī)企業(yè)雖然技術(shù)指標(biāo)處在行業(yè)前列，但是產(chǎn)品定價(jià)過(guò)高，性價(jià)比差。雖然有一定的銷售，卻難以大范圍推廣。林用無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)群體是林業(yè)合作社或林農(nóng)，若要大面積推廣，需考慮到無(wú)人機(jī)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，同時(shí)還要考慮到不同林地產(chǎn)權(quán)、具體林分組成和林業(yè)有害生物的發(fā)生情況，這些都成了無(wú)人機(jī)商業(yè)化大量使用的制約因素。

3 加速江蘇林業(yè)無(wú)人機(jī)開發(fā)與應(yīng)用

隨著江蘇林業(yè)的科學(xué)化、現(xiàn)代化、規(guī)?；?jīng)營(yíng)與發(fā)展，無(wú)人機(jī)的開發(fā)應(yīng)用將成為林業(yè)發(fā)展中新的亮點(diǎn)與熱點(diǎn)，但在進(jìn)一步應(yīng)用無(wú)人機(jī)在林業(yè)上的實(shí)際作業(yè)還面臨著很多問(wèn)題，有待解決。作為長(zhǎng)期從事現(xiàn)代化林業(yè)建設(shè)和學(xué)習(xí)林業(yè)機(jī)械化進(jìn)程的實(shí)踐者和關(guān)注者，筆者認(rèn)為江蘇完全有政治、經(jīng)濟(jì)、科技實(shí)力，在林業(yè)無(wú)人機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用上取得進(jìn)步。

3.1 加快對(duì)無(wú)人機(jī)管理的政策法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定

據(jù)悉，我國(guó)目前正在沈陽(yáng)、廣州飛行管制區(qū)，海南島，長(zhǎng)春、廣州、唐山、西安、青島、杭州、寧波、昆明、重慶飛行管制分區(qū)進(jìn)行真高1 000 m以下空域管理改革試點(diǎn)，標(biāo)志著我國(guó)低空空域資源管理由粗放型向精細(xì)化轉(zhuǎn)變。江蘇應(yīng)緊隨時(shí)代步伐，加快對(duì)無(wú)人機(jī)管理的政策法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定。隨著國(guó)內(nèi)低空空域的逐步有序放開，以及無(wú)人機(jī)適航法規(guī)的出臺(tái)，加快消除無(wú)人機(jī)行業(yè)推廣在政策上的障礙，促進(jìn)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。

3.2 積極研發(fā)適合于林用的無(wú)人機(jī)機(jī)型及其系統(tǒng)總成

目前，農(nóng)林無(wú)人機(jī)主要在農(nóng)業(yè)上進(jìn)行了應(yīng)用，而林業(yè)相對(duì)于農(nóng)業(yè)有其自身的特點(diǎn)，也就需要無(wú)人機(jī)工業(yè)級(jí)的市場(chǎng)化細(xì)分，要求無(wú)人機(jī)的機(jī)型有別于農(nóng)用無(wú)人機(jī)。主要特點(diǎn)有：①林用無(wú)人機(jī)需要比農(nóng)用無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)。林地地形相對(duì)復(fù)雜，成片林區(qū)面積相對(duì)較大，一個(gè)架次的無(wú)人機(jī)飛行時(shí)間要求更長(zhǎng)，這些特點(diǎn)需要無(wú)人機(jī)在燃料動(dòng)力的效率和飛行時(shí)間上進(jìn)一步提高，避免重復(fù)起落造成的資源浪費(fèi)。②林用無(wú)人機(jī)需要比農(nóng)用無(wú)人機(jī)的載重量更大。隨著林用無(wú)人機(jī)飛行面積和時(shí)間的增加，對(duì)無(wú)人機(jī)載藥量的要求相對(duì)較大。同時(shí)，針對(duì)不同靶標(biāo)林業(yè)有害生物的施藥噴頭和其他總成部件細(xì)化程度更高。③林用無(wú)人機(jī)需要比農(nóng)用無(wú)人機(jī)有更好的抗風(fēng)穩(wěn)定性。農(nóng)業(yè)作業(yè)無(wú)人機(jī)飛行高度在距地面5 m范圍內(nèi)，而林業(yè)作業(yè)要求無(wú)人機(jī)飛行高度在30 m左右，并且適合特殊地形地貌飛行，這些對(duì)無(wú)人機(jī)在自身重量和較高飛行高度條件下的防風(fēng)增穩(wěn)性都提出了更高要求。④林用無(wú)人機(jī)要求功能兼容性更強(qiáng)的新機(jī)型?？梢源钶d可見(jiàn)光以及紅外光一體的攝像機(jī)及實(shí)時(shí)圖像傳輸系統(tǒng)，面向復(fù)雜的林地環(huán)境的地理信息獲取與路徑規(guī)劃及自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)，同時(shí)能夠控制精準(zhǔn)施藥或可進(jìn)行生物天敵釋放的多功能無(wú)人機(jī)機(jī)型。

3.3 協(xié)同合作開發(fā)林用無(wú)人機(jī)

無(wú)人機(jī)本身就是一個(gè)多系統(tǒng)的飛行平臺(tái)，林用無(wú)人機(jī)更要求撇開行業(yè)壁壘，結(jié)合民航、測(cè)繪、消防、林業(yè)、氣象、遙感、機(jī)電等領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)與專業(yè)人員，在林業(yè)預(yù)警、飛行作業(yè)、地面協(xié)同等多方面，形成高度信息化、精準(zhǔn)化、自動(dòng)化的系統(tǒng)總集成［18］。

4 小結(jié)

隨著政策法規(guī)的完善和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈配套的成熟，硬件成本不斷下降等利好條件出現(xiàn)，民用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)引發(fā)了各創(chuàng)業(yè)企業(yè)及互聯(lián)網(wǎng)巨頭的介入。林用無(wú)人機(jī)的開發(fā)應(yīng)用將在林業(yè)的規(guī)?；?jīng)營(yíng)、精準(zhǔn)控制及勞動(dòng)力緊缺等條件下，發(fā)揮其自身優(yōu)勢(shì)，在飛機(jī)防治的平臺(tái)上成為現(xiàn)代化林業(yè)綜合立體防控體系中的重要組成部分。江蘇林業(yè)在改革開放的30 a以來(lái)，森林資源總量快速增長(zhǎng)，城鄉(xiāng)生態(tài)面貌明顯改善，林業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展。在綠色江蘇建設(shè)的空間、經(jīng)濟(jì)、科技、法律、機(jī)制保障的良好環(huán)境下［19］，林用無(wú)人機(jī)的開發(fā)應(yīng)用也將在綠色江蘇建設(shè)中起到重要的積極作用。

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Consideration on speeding development and application of forestry UAV in Jiangsu Province

CHEN Zhi-yin1，GAO Yue2，QIU Cai-lou1，WANG Guang-biao3，XIE Chun-xia2，XIONG Da-bin1

（1.Forestry Pest Management and Quarantine Station of Jiangsu，Nanjing 210036，China；2.Jiangsu Academy of Forestry，Nanjing 211153，China；3.Forest Quarantine Station of Xinyi City，Xinyi 221400，China）

By means of on the experience accumulated in modern forestry construction and the research of mechanization application for a long period of time，we analyzed the development situation and the problem of unmanned aerial vehicle（UAV）in forestry.The modernization，scientific and intensive management in Jiangsu Forestry were proposed，and the exploitation and application of UAV would play an important role in the development of forestry.The application of UAV in policy and legislation，industry standard，suitable model and comprehensive research was also discussed，combining with the characteristics of the forestry in Jiangsu Province.

UAV；Forestry；Exploitation；Application；Accurate forestry

S776.28

A

10.3969／j.issn.1001－7380.2015.04.012

1001－7380（2015）04－0048－04

2015-06-04；

2015-07-02

江蘇省林業(yè)三新工程項(xiàng)目“無(wú)人機(jī)防控重大林業(yè)有害生物技術(shù)集成與示范”（LYSX［2015］09）

陳志銀（1968－），男，山東寧津人，研究員級(jí)高級(jí)工程師，大學(xué)本科畢業(yè)，主要從事森林保護(hù)管理工作。