王安喜

（貴州晟泰工程咨詢有限公司 貴州貴陽 550000）

無人機遙感在森林資源檢測中的應用探討

王安喜

（貴州晟泰工程咨詢有限公司 貴州貴陽 550000）

森林作為國家和社會的重要資源，既是生態(tài)系統(tǒng)的有機組成部分，又是人類賴以生存的重要物質(zhì)條件。隨著科學技術的不斷發(fā)展，以無人機遙感為核心的新型森林資源檢測技術得到廣泛推廣。本文從無人機遙感的概況入手，逐步介紹起在森林資源中的具體應用，并探討其中的優(yōu)勢與不足，為進一步發(fā)揮無人機遙感技術的應用兼職提供一定的參考意義。

森林資源調(diào)查；無人機；遙感；應用

前言

隨著時代的發(fā)展與森林資源狀況的不斷惡化，國家對森林資源的保護工作越來越重視，對森林資源檢測的資金和技術投入不斷加大，各種各樣的新型技術充分應用于森林普查、森林火災檢測、林業(yè)資源分布勘探等相關森林資源檢測工作中。從20世紀70年代以來，我國借鑒于國外先進的技術與經(jīng)驗，逐步采用計算機技術和衛(wèi)星遙感技術來檢測森林資源。

然而計算機和衛(wèi)星遙感技術雖然可靠性較好，但這類技術需要高空衛(wèi)星的輔助，操作過程復雜，系統(tǒng)龐大，投入的資本過高，難以滿足對整個森林資源檢測的實際需求。而無人機遙感，作為一種新興的技術，可以實現(xiàn)在中低空實時電視成像、通過紅外成像快速信息，以實現(xiàn)在某些地區(qū)，如車、人無法到達的森林地帶進行實時的林業(yè)資源調(diào)查、生態(tài)環(huán)境檢測、森林防火、森林病蟲害防治等工作。

1 無人機遙感技術簡介

所謂的無人機遙感技術，就是將無人機和遙感控制技術相結合的綜合技術，主要包括無人駕駛飛行器技術、遙感傳感器技術、遙測遙控技術、通訊技術、GPS差分定位技術等，無人機組成見圖1。無人機遙感技術能快速獲取國土資源、生態(tài)環(huán)境等的空間信息，并能實現(xiàn)實時遙感數(shù)據(jù)的快速處理的應用技術；具有經(jīng)濟成本低、損耗低、可重復使用等優(yōu)點，因而在其出現(xiàn)的早起，廣泛應用于軍事偵察、空中預警等軍事領域，而后逐漸擴大到資源勘測、氣象觀測等領域，如果無人機遙感技術應用于森林資源檢測中，將大大提高遙感技術的應用面，使森林資源管理工作簡單有效，因而具有廣闊的應用前景。

圖1 無人機遙感系統(tǒng)的組成

2 無人機遙感在森林資源檢測中的應用

2.1 林業(yè)資源調(diào)查應用

所謂林業(yè)資源調(diào)查，就是對所轄范圍內(nèi)的森林樹木的數(shù)量、種群等進行統(tǒng)計和調(diào)查，是林業(yè)活動的一項重要工作。隨著時代的發(fā)展，針對更小范圍內(nèi)、更高精度要求的調(diào)查需求正逐步上升。在一些平坦的森林地區(qū)，可以依靠人力進行實地調(diào)查，而如果要調(diào)查某些崎嶇的、人車無法進入的原始森林區(qū)域，人力實地調(diào)查就變得很困難，因為這樣的林業(yè)資源調(diào)查一般需要花費大量的人力和物力，比如在一些南方集體林區(qū)，由于商品經(jīng)濟的不斷發(fā)展，從事林業(yè)生產(chǎn)活動的農(nóng)民，越來越少，而大量減少的林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動，就會導致喬灌草生長迅速，以往的林間小道會逐漸消失，林業(yè)檢測工作人員要進行地面林業(yè)資源調(diào)查的勞動強度極大，且數(shù)據(jù)的準確性會大打折扣。因此，采用無人機遙感技術來進行資源調(diào)查就顯得非常有必要?，F(xiàn)在林業(yè)工作人員通常會采用無人機搭載高數(shù)碼相機進行低空作業(yè)，這種數(shù)碼相機畫質(zhì)清晰，可以滿足長時間的檢測工作；與此同時，只需要人為設置目標區(qū)域，這種無人機便可以自動化完成目標區(qū)域的遙感數(shù)據(jù)獲取，整個檢測工作時間段，無需人為干預，操作簡單便捷，更為重要的是，數(shù)碼相機所獲取航片圖片的數(shù)據(jù)分辨率極高，可達2～20cm之間，也就是說這種圖像可以清晰地分析出森林的實時狀況，便于對突發(fā)狀況進行有效處理；所獲取的圖像數(shù)據(jù)獲取完成主要采用Pix4Dmapper影像處理軟件進行數(shù)據(jù)處理加工，這種軟件最大的優(yōu)勢就是能夠?qū)崿F(xiàn)高度自動化處理軟件，只需要通過少數(shù)控制點完成坐標校正，就可以獲得區(qū)域高分辨率正射影像圖以及一系列相關的數(shù)據(jù)及模型，如數(shù)字表面模型，三維模型、三維點云模型，通過這些模型可以較為快速的計算出該區(qū)域的森林樹木數(shù)量，以評估該區(qū)域的森林資源狀態(tài)，具有高效性和準確性。

2.2 森林防火應用

森林系統(tǒng)是地球上最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，而一系列的森林災害對森林系統(tǒng)和林業(yè)資源造成了極大威脅，而森林火災則是是森林最大的威脅，也是林業(yè)最可怕的災害，它會給森林帶來最具有毀滅性的后果。森林火災不但破壞成片的林業(yè)資源，也給所屬區(qū)域的動物資源造成不可挽回的損失，降低森林的再生能力，引起土壤的貧瘠和破壞森林涵養(yǎng)水源的后果，嚴重的還會導致生態(tài)環(huán)境失去平衡。而以無人機遙感技術為核心的iFly系列無人機系統(tǒng)（見圖2），已經(jīng)廣泛應用于森林火情監(jiān)測，這種技術綜合了GPS技術、數(shù)字圖像傳輸技術的優(yōu)勢，可解決目前林區(qū)森林防火瞭望，以及地面巡護無法顧及的偏遠林火的問題。尤其是在森林火災發(fā)生時，由于火勢較大，空間能見度很低，即使是經(jīng)驗豐富的觀察員也無法準確判斷地面的真是火情，而iFly系列無人機能夠克服這一缺陷航，它能通過搭載攝像設備與影像傳輸設備，實時監(jiān)測火災現(xiàn)場的情況，更高效率的完成監(jiān)測工作。地面林業(yè)工作人員通過接收遙感信號，準確掌握火災現(xiàn)場的動態(tài)信息。以此同時，無人機遙感技術還可以全天候?qū)α謪^(qū)進行勘查，可以準確高效的匯總火災現(xiàn)場的多方面情況，包括火場位置、實時火情，火情蔓延情況、火災處理情況，力求將火災帶來的財產(chǎn)損失降到最低。

圖2 無人機遙感技術的防火應用

3 無人機遙感技術的優(yōu)勢及局限性探討

3.1 無人機遙感技術在森林資源檢測中的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)實地調(diào)查相比，無人機遙感技術具備多點優(yōu)點：由于無需人力進行實地調(diào)查，降低工作成本；遙感技術實時采集圖像，使數(shù)據(jù)采集變得更為靈活；無人機操作技術較為成熟，使用起來較為簡單。工作人員只需要根據(jù)特定區(qū)域的實際情況，對無人機設置相關飛行參數(shù)（包括飛行高度、飛行航線），就可以進行森林數(shù)據(jù)的實時采集。同時，無人機遙感技術可以利用多種計算機軟件，將采集到的圖像自動拼接生成DOM、DEM圖像。生成的圖像分辨率更高，可以達到0.1m，這是衛(wèi)星圖像采集技術所無法比擬的，而這種程度的分辨率的圖像可挖掘更多信息，如特定區(qū)域內(nèi)林木冠幅、樹高、森林密度等幾何參數(shù)，以及病蟲情況和火情信息。

3.2 森林資源調(diào)查中無人機遙感應用需要解決的問題

實踐結果顯示，森林資源調(diào)查過程中，無人機遙感具有許多優(yōu)勢，不過由于其在技術上還沒有完全成熟，還有一些問題需要改進。

（1）拼接以及幾何校正

無人機遙感技術存在的最重要的問題是，當前無人機使用多項式校正來實現(xiàn)飛行參數(shù)的校正，但這種校正方法存在校正的精度不理想的問題，這無法滿足某些特定的檢測任務。所以，無人機遙感影像幾何校正問題是當前相關領域的研究熱點，相關技術人員正在研究通過實時記錄無人機拍攝過程數(shù)據(jù)，并調(diào)整GPS記錄的參數(shù)，來改善無人機的飛行幾何精度和拍攝角度。與此同時，無人機大部分將小型數(shù)字相機作為自身的遙感設備，雖然這樣的數(shù)字相機所獲取影像數(shù)量多，但是圖像像幅小，不利于數(shù)據(jù)的整體分析，這也需要進行相關的深入研究。

（2）升降技術以及抗風技術

由于我國森林地帶多處于山區(qū)，環(huán)境相比于平原更為復雜，這對無人機的飛行性能提出了比較高的要求，如果使用大型無人機進行檢測任務，無法找到滿足起降標準低的場地，就會導致大型無人機的損壞；如果使用小型的無人機，則存在著飛行高度低的問題，在低空作業(yè)的時候，這類無人機容易受到風向以及風速的影響，從而導致監(jiān)測數(shù)據(jù)不完整。經(jīng)過長期的實驗與數(shù)據(jù)分析，技術人員提出了幾點建議：加大飛機的質(zhì)量，但加大載荷也會帶來無人機的能耗增大，因此要設計開發(fā)更為穩(wěn)定的引擎和電機；通過計算機程序控制，改善飛行控制技術，以增強無人機的抗風性能。

4 總結

森林是國家和社會的重要資源，它不僅為生態(tài)平衡的有機組成部分，又為人類提供豐富的生存物質(zhì)基礎。以無人機遙感為核心的新型森林資源檢測技術得到廣泛推廣。本文從無人機遙感的概況入手，逐步介紹起在森林資源中的具體應用，并發(fā)現(xiàn)無人機遙感技術存在數(shù)據(jù)采集方便，經(jīng)濟成本低、操作效率高的優(yōu)點，已經(jīng)廣泛用于森林資源的檢測，同時也實現(xiàn)與3S技術的融合。這說明無人機遙感技術是森林資源檢測的發(fā)展未來，值得推廣的一種新型技術。另一方面，無人機也存在一定的缺陷，如載荷有限，飛行穩(wěn)定性不足，難以滿足實際飛行任務的問題，這些問題嚴重制約了無人機遙感技術在森林資源的進一步推廣，國家應該進一步加大對無人機遙感技術的資金與技術扶持，為進一步發(fā)揮無人機遙感技術的應用提供一定的參考意義。

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S757.2

A

1005-7897（2017）14-0190-02

2017-7-5

王安喜（1987-），漢族，遵義人，工程師，本科，主要從事林學專業(yè)工作。