于地美，田呈明

(北京林業(yè)大學(xué)，省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083)

林業(yè)有害生物造成的危害被稱為“無煙的森林火災(zāi)”。進入20世紀(jì)90年代以來，林業(yè)有害生物給我國的林業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)帶來了巨大影響[1]。因此，如何及時有效監(jiān)測和防治林業(yè)有害生物是一項持久的重要課題。國外林業(yè)有害生物航空監(jiān)測始于20世紀(jì)30年代對鐵杉尺蠖落葉林的航攝觀察，而對林業(yè)有害生物的航空防治則最早由德國提出[2-3]。隨著遙感圖像空間分辨率的提高，陸地系列衛(wèi)星和航空錄像逐漸應(yīng)用于有害生物災(zāi)害監(jiān)測。1982年，日本開始研究應(yīng)用美國資源衛(wèi)星調(diào)查林業(yè)有害生物[4]。1986年，美國林務(wù)局首先研制并應(yīng)用航空攝錄圖像獲取系統(tǒng)與實驗室圖像處理系統(tǒng)相結(jié)合對突發(fā)性林業(yè)有害生物進行監(jiān)測[5]。盡管人們認識到航空監(jiān)測設(shè)備的簡便適用、后處理簡單快速以及精度適中等優(yōu)勢，但直到1991年才較為成功地大面積應(yīng)用。我國1952年開始利用飛機進行林區(qū)巡邏、火情監(jiān)測等航空護林[6]，后逐漸開展在林區(qū)照相、資源勘探、森林病蟲害防治及野生動物保護等方面應(yīng)用。原林業(yè)部林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院和中國科學(xué)院戴昌達 等分別于1978年和1990年監(jiān)測了云南騰沖地區(qū)超過2 000 hm2松葉蜂危害區(qū)域的健康木、蟲害木以及松毛蟲危害的光譜，并發(fā)展了一套提取病蟲害信息的圖像處理技術(shù)[7-8]?！鞍宋濉焙笃冢袊謽I(yè)科學(xué)研究院等單位根據(jù)我國國情和林區(qū)特點，在引進、消化吸收美國航空監(jiān)測設(shè)備的基礎(chǔ)上，研制的航空錄像監(jiān)測技術(shù)在1997年通過了原林業(yè)部科技司的鑒定，能夠準(zhǔn)確判讀失葉率40%以上的災(zāi)害區(qū)，實現(xiàn)災(zāi)害區(qū)定位[9]，標(biāo)志著我國林業(yè)有害生物監(jiān)測技術(shù)進入了一個新的階段。

20世紀(jì)50年代以后，施藥專用的農(nóng)業(yè)航空機被相繼開發(fā)出來，直升機也被用于航空植保。1966年，美國成立了國家農(nóng)業(yè)航空協(xié)會，承擔(dān)了美國近20%的農(nóng)場植保與100%的森林植保工作。美國農(nóng)業(yè)航空以固定翼飛機為主，約占87%，旋翼飛機約為13%[10]。我國航空施藥起步于20世紀(jì)50年代初，以“Y-5B(D)”、“Y-ll”等型號的載人固定翼飛機為主，并在很長一段時間內(nèi)占據(jù)主要地位[11]。僅農(nóng)林航空防治使用的固定翼飛機現(xiàn)已達1 400架，直升機60余架，防治農(nóng)林業(yè)病蟲草害和施肥的面積超過200萬hm2，并且有進一步上升的趨勢[12]。

利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置，或用車載計算機自主操縱的不載人飛機，即“無人機”，與載人飛機相比，具有體積小、造價低、使用方便、對作業(yè)環(huán)境要求低、可搭載普通數(shù)碼相機、熱紅外相機等勘測設(shè)備等諸多優(yōu)勢[13]，在航拍、植保、野生動物觀察、測繪等多方面發(fā)揮著重要作用。從世界范圍看，日本是最先應(yīng)用植保無人機的國家，也是目前該領(lǐng)域最發(fā)達的國家之一[14]。Yamaha公司在1985年最先推出主要用于航空施藥的第一架農(nóng)用“R-50”型無人機。至2005年，用于林業(yè)的無人機僅Yamaha公司的Rmax系列就有1 200多架，防治面積增至60萬hm2，甚至超過有人駕駛直升機的防治面積[15]。1995年，北京科源輕型飛機實業(yè)有限公司開發(fā)的“藍鷹AD200N”開始用于農(nóng)田、林區(qū)的病蟲害防治以及衛(wèi)生防疫等。此后中國林業(yè)科學(xué)研究院在“海燕650B”型無人機上融合了超低容量噴灑裝置和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，并在廣西省武鳴林區(qū)進行病蟲害的防治試驗研究。

以遙感技術(shù)為基礎(chǔ)的林業(yè)有害生物航空監(jiān)測及航空防治，能夠及時發(fā)現(xiàn)早期災(zāi)害，并迅速采取相應(yīng)措施，有效控制林業(yè)有害生物擴散和蔓延。一般來說，有害生物災(zāi)害監(jiān)測包括3方面：一是在有害生物災(zāi)害發(fā)生前，對發(fā)生的環(huán)境進行監(jiān)測，掌握可能孕育有害生物發(fā)生的森林環(huán)境；二是在有害生物災(zāi)害發(fā)生過程中，及時監(jiān)測發(fā)生的空間范圍；三是在有害生物災(zāi)害發(fā)生之后，了解災(zāi)情和損失，及時制定防治計劃進行防治，并及時了解防治效果[16]。森林被害程度、有害生物遷移規(guī)律、有害生物災(zāi)害預(yù)測預(yù)報以及有害生物防治效果是目前有害生物監(jiān)測和防治的主要工作內(nèi)容[17]。

1 林業(yè)有害生物航空監(jiān)測與防治的優(yōu)勢

第八次全國森林資源清查結(jié)果顯示，目前我國森林面積2.08億hm2，森林覆蓋率21.63%，森林資源呈現(xiàn)數(shù)量和質(zhì)量持續(xù)上升的狀態(tài)。由于我國林業(yè)用地廣闊，山區(qū)地形復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，所涉及的森林系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，依靠固定監(jiān)測點、臨時踏查等傳統(tǒng)人工采集數(shù)據(jù)的方式進行林業(yè)有害生物監(jiān)測，不僅工作量大，效率低，且采用傳統(tǒng)方法制定管理決策，缺乏直觀性和決策過程的可視化，給經(jīng)營管理帶來諸多困難，有害生物監(jiān)測覆蓋面和準(zhǔn)確性都面臨巨大挑戰(zhàn)，特別是山高坡陡地區(qū)易存在監(jiān)測盲區(qū)。因此，林業(yè)有害生物發(fā)生特點和林區(qū)環(huán)境特征決定了航空防治技術(shù)手段是快速、精準(zhǔn)實現(xiàn)有害生物有效防控的主要途徑，而航空遙感技術(shù)已成為監(jiān)測成片或單株立木危害狀況的主要技術(shù)手段。同時，利用小型化無人機作為監(jiān)測載體的方法也逐漸取得了學(xué)者們的廣泛關(guān)注[18-19]。

1.1 航空遙感監(jiān)測的優(yōu)勢

1.1.1 能夠有效反映植物的一些體征變化 林業(yè)有害生物導(dǎo)致的葉量損失、缺綠、水分脅迫等現(xiàn)象是影響森林生態(tài)系統(tǒng)安全的一個重要因子，對受害森林群落光譜變化監(jiān)測是林業(yè)有害生物遙感監(jiān)測的主要依據(jù)。不同植物種類、生長階段、養(yǎng)分狀況和所處地形等在葉綠素吸收帶與近紅外區(qū)波段的反射值的光譜曲線總體上特征保持一致[20]。植物遭受病蟲害侵襲后，葉片的變色或缺失從而引起的林木、林冠、生物量甚至整個森林生態(tài)系統(tǒng)與景觀格局的變化，導(dǎo)致近紅外與綠光區(qū)反射率的降低和紅光區(qū)反射率的升高，從而以光譜的變化監(jiān)測林業(yè)有害生物災(zāi)害。結(jié)合航空平臺與遙感、紅外探測等技術(shù)對林區(qū)有害生物災(zāi)害進行觀察，及時獲取遙感數(shù)據(jù)，了解有害生物發(fā)生動態(tài)變化，找到有害生物發(fā)生規(guī)律，整合分析并預(yù)測有害生物流行、蔓延與擴散趨勢，建立有害生物發(fā)生模型，得出更長期且更有科學(xué)性的林業(yè)有害生物預(yù)測結(jié)果。

1.1.2 能夠及時全面掌握林業(yè)有害生物發(fā)生發(fā)展動態(tài) 林業(yè)有害生物多發(fā)生在人煙稀少、交通不便的林區(qū)，由于常規(guī)地面調(diào)查監(jiān)測方法很難迅速、全面、客觀地反映有害生物發(fā)生發(fā)展動態(tài)，從而不能及時地、有針對性地采取防治措施。航空監(jiān)測能夠發(fā)揮宏觀、綜合、動態(tài)、快速等特點，在林業(yè)有害生物的早期發(fā)現(xiàn)、林木狀態(tài)的異常診斷、發(fā)生區(qū)域以及分布格局等方面具有監(jiān)測面積大、監(jiān)測周期短、獲取的信息不受干擾等優(yōu)勢。

1.1.3 能夠節(jié)省大量人力財力物力 航空遙感監(jiān)測具有效率高、時效性強、分辨率高等優(yōu)點，可以對某一區(qū)域進行長時間、高密度的動態(tài)監(jiān)測，不僅節(jié)省大量人力、物力和時間，也能減少調(diào)查中人為因素造成的誤差。同時，航空遙感監(jiān)測可以不受大氣和地物輻射反射影響，能夠按照實際防治作業(yè)的要求選擇航拍時間，避免由于作業(yè)地區(qū)地形和光照產(chǎn)生的陰影，有效區(qū)分喬木和林下植被的被害特征。同時，可以實時監(jiān)測受災(zāi)區(qū)域林業(yè)有害生物的發(fā)生面積、危害程度，評估核查防治后的效果。

1.2 航空防治的優(yōu)勢

1.2.1 能夠極大提高防治效率 林業(yè)有害生物與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的有害生物相比，在發(fā)生特點、防治策略等方面具有其自身的特殊性，無論是航空防治的區(qū)域、對象，還是防治技術(shù)本身，都有別于農(nóng)業(yè)航空防治。我國森林類型多樣，林地地形地貌復(fù)雜，林區(qū)道路不通暢，樹體高大，不僅普通噴霧設(shè)備難以噴到樹木的冠層，而且一些山區(qū)取水困難，難以開展常規(guī)噴霧作業(yè)。航空防治可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行定向噴灑，尤其是在飛行過程中，機旋翼產(chǎn)生的下旋氣流使得藥滴能夠更好地穿透森林冠層，提高藥物噴灑效率，作業(yè)成本低，節(jié)省藥劑，并減少了藥物與工作人員的接觸，更好地保證工作人員安全，保護生態(tài)環(huán)境。近年來，航空施藥對防治林業(yè)有害生物的應(yīng)用越來越廣泛[21-22]。

1.2.2 能夠有效降低防治成本 航空施藥防治過程中的農(nóng)藥利用率較高，可實現(xiàn)對靶標(biāo)區(qū)域的無縫覆蓋。根據(jù)有害生物發(fā)生情況，通過智能裝備控制細小霧滴的漂移，提高藥劑在靶標(biāo)作物上的沉積，減少藥劑流失，實現(xiàn)精準(zhǔn)施藥、減量施藥。同時，航空防治也具有作業(yè)面積大，速度快，機動性好，可有效、快速除治有害生物等優(yōu)勢。

2 林業(yè)有害生物航空遙感監(jiān)測與防治存在的主要問題

利用遙感技術(shù)監(jiān)測有害生物的研究及應(yīng)用逐步普及，但由于林業(yè)有害生物的復(fù)雜性和遙感技術(shù)的待完善性，林業(yè)有害生物航空監(jiān)測和防治仍存在諸多問題。

2.1 航空遙感監(jiān)測存在的主要問題 林業(yè)有害生物航空遙感監(jiān)測的圖像采集與分析系統(tǒng)仍不成熟。1)在數(shù)據(jù)源的選擇方面，高精確度、高光譜、高分辨率遙感是林業(yè)有害生物監(jiān)測的有效手段，但是由于其成本太高，航空監(jiān)測系統(tǒng)獲取的影像只能輸出紅、綠、藍3個波段的可見光；不同航線及不同時間獲取的圖像由于太陽角的變換存在較為明顯的明暗差異[23]，導(dǎo)致自動判別和分類缺陷較大。2)在數(shù)據(jù)的處理和輔助信息的利用方面，為了提高遙感監(jiān)測的精度并突出和增強災(zāi)害信息，需利用地面的各種資料、數(shù)據(jù)、圖形建立相應(yīng)的背景信息數(shù)據(jù)庫，對遙感數(shù)據(jù)作輻射校正來消除部分大氣和地物反射的影響，結(jié)合多源遙感數(shù)據(jù)和不同受害階段的生物理化指標(biāo)分析整個樹木和冠層的結(jié)構(gòu)特征。對于如何抑制噪聲、識別和剔除林下植被或其它環(huán)境因素、太陽高度角及地形信息的影響、突出森林災(zāi)害信息，如何選擇適合的圖像增強、變換及分類方法，如何將地面調(diào)查的光譜數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)有效地結(jié)合起來都缺乏成熟的技術(shù)支撐。

另外，時間序列、小波理論、模糊數(shù)學(xué)等數(shù)學(xué)方法有效融入到林業(yè)有害生物監(jiān)測技術(shù)中還不夠。

2.2 航空防治存在的主要問題

2.2.1 航空施藥安全水平有待提高 航空施藥需注意保護環(huán)境中生物多樣性，在飛防作業(yè)設(shè)計，尤其是航線設(shè)計中缺少提前做好避讓敏感作物及生物的方案，導(dǎo)致在防治過程中，雖然根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時進行施藥防治，也選擇了如滅幼脲、除蟲脲、氟鈴脲等低毒、持效期較長、滲透性較強、對人畜無害、環(huán)境友好的仿生制劑，并注意不同藥劑的輪換使用以防增加有害生物的抗藥性，但依然發(fā)生很多與防治有關(guān)的藥害事件。究其原因主要是飛機開展超低容量噴霧時，缺少風(fēng)險評估，尤其是一些首次使用的藥劑，缺少預(yù)試驗，從而不可避免地造成環(huán)境影響。同時缺少免蒸發(fā)、少飄逸的飛防專用助劑，導(dǎo)致液體肥料、礦物油、非離子表面活性劑等助劑誘發(fā)的次生災(zāi)害現(xiàn)象頻發(fā)。

2.2.2 藥劑使用計量不精準(zhǔn)、安全性差 在短時間內(nèi)人工完成配制夠一架次使用的藥液，藥水混合過程中的攪拌不夠充分，導(dǎo)致進入飛機儲藥箱的藥液濃度不均一，達不到要求的懸濁度。再加上飛防作業(yè)的藥液配比不精準(zhǔn)，不同藥液在傾倒過程中的掛壁殘留，以及配藥、輸送藥液、加注藥液等過程中，藥液從配藥桶、輸液管道、飛機藥箱的溢出現(xiàn)象時有發(fā)生，不僅造成農(nóng)藥配制與加注的不精準(zhǔn)，也存在人身安全隱患。同時用過的農(nóng)藥包裝物無人管理，更無回收利用，極易造成環(huán)境污染。

2.2.3 缺乏防治效果驗收的規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn) 目前，航空施藥過程的實時監(jiān)控和作業(yè)數(shù)據(jù)采集雖然部分地方或企業(yè)有所涉及但并不普及，即使在航空施藥結(jié)束后進行了防治效果的評價和驗收，但在整個防治過程中不能瞬時或及時監(jiān)測以及核查每次航空施藥的作業(yè)面積、有效飛行架次、飛行軌跡、總配藥量及最終施藥量、實時噴藥數(shù)據(jù)等記錄；也缺乏定期核查飛防作業(yè)區(qū)有害生物防治質(zhì)量，監(jiān)測飛防作業(yè)區(qū)及周圍一定區(qū)域內(nèi)的次生災(zāi)害發(fā)生情況；飛防作業(yè)后出現(xiàn)防治效果未達到預(yù)期、或產(chǎn)生次生災(zāi)害后造成損失等情況，相關(guān)責(zé)任劃分和責(zé)任追究、損害賠償?shù)壬袩o明確的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 航空遙感監(jiān)測與防治存在的共性問題

2.3.1 對航空精準(zhǔn)施藥的認識不足 近20 a，我國航空植保主要遵循航空植保發(fā)達國家的發(fā)展路線，學(xué)習(xí)和使用先進的航空施藥技術(shù)。目前，多數(shù)人對精準(zhǔn)施藥的認識不足，往往通過“大霧量、雨淋式”的噴霧方式防治有害生物，而對各級推廣部門引進的精量安全施藥機械持懷疑態(tài)度，認為這些施藥機械施藥量太少，不足以根治有害生物。

林業(yè)航空施藥環(huán)境較為復(fù)雜，關(guān)于航空施藥霧滴沉積的空氣動力學(xué)及其與空氣溫濕度、風(fēng)速等外界環(huán)境因素的相互作用等方面缺少研究，對于技術(shù)的適用性缺乏足夠認識，如在西部干旱高溫區(qū)域、山地森林區(qū)域依然廣泛使用低容量噴霧、超低容量的逆溫噴霧等技術(shù)，難免造成藥液的漂移、損失以及靶標(biāo)丟失，也可能帶來環(huán)境污染和毗鄰非靶標(biāo)生物的藥害。同時由于缺少飛行參數(shù)和優(yōu)良的霧化系統(tǒng)(如噴頭的選擇、加藥系統(tǒng)的優(yōu)化、噴頭與噴霧流場的匹配噴頭、噴霧計控等智能化裝備)來優(yōu)化霧化與霧滴的沉積狀態(tài)，飛防參數(shù)只能采用統(tǒng)一性參數(shù)，難以實現(xiàn)實時調(diào)整不同施藥環(huán)境下參數(shù)來保證航空施藥發(fā)揮其最大功效。

2.3.2 飛防管理缺乏規(guī)范性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 林業(yè)航空防治亂象叢生，防治技術(shù)水平差異很大，防治效果參差不齊，缺少規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)。尤其對于無人機而言，其飛防成本高，技術(shù)不成熟，一些基層單位或地方政府對傳統(tǒng)噴藥技術(shù)的危害缺乏正確認識，也不能夠正確對待航空施藥，因而對使用者缺乏主動正確的引導(dǎo)。目前雖然開展各種先進噴藥技術(shù)及其機具研究的企業(yè)和科研單位很多，對各種藥械的生產(chǎn)提出了嚴(yán)格要求，并在理論層面上取得了重大突破，也開展相關(guān)的技術(shù)培訓(xùn)，但對藥械的使用卻沒有相應(yīng)的規(guī)定，藥械的研究與推廣應(yīng)用脫節(jié)。

缺乏市場化的管理平臺。隨著無人植保機需求量不斷增大，植保無人機市場化運營，需要政府、科研機構(gòu)、企業(yè)和用戶各方面的共同參與，制定無人機航空施藥的管理機制及相關(guān)政策。無人植保機目前以遙控為主，施藥質(zhì)量嚴(yán)重依賴操控員技術(shù)水平，隨著操控員的操縱負荷增大，極易發(fā)生誤噴、重復(fù)施藥等操作[24]。操控員急需提升基礎(chǔ)的航空理論和飛行技術(shù)，以及突發(fā)問題的處置能力[25]。此外，植保無人機價格昂貴，操作難度大，學(xué)習(xí)成本高，農(nóng)民用機困難，而擁有植保機的農(nóng)業(yè)人員卻未必有作業(yè)需求，兩者沒有市場化的調(diào)度平臺，不僅降低了作業(yè)效率，也導(dǎo)致了資源浪費[26]。

航空防治企業(yè)技術(shù)水平良莠不齊。我國飛防技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展水平相對較晚，農(nóng)業(yè)上主要以大型噴桿式自走噴霧機最為常見，大多用于防治平原和大塊田的小麥、玉米等蟲害[27]。2008年，國內(nèi)各大科研機構(gòu)在我國“863項目”資助下開始著手研制無人施藥機[28]，并于2010年研制出世界上第一款多旋翼電動植保無人機。一些大型農(nóng)藥化學(xué)公司逐漸認識到航空施藥的巨大發(fā)展空間，開始研發(fā)植保無人施藥機以及低空噴霧技術(shù)，眾多航空作業(yè)服務(wù)公司也應(yīng)運而生，并開始服務(wù)于林業(yè)有害生物航空防治[29]。2015年，國內(nèi)注冊無人機企業(yè)達400多家，但僅有100家左右能真正生產(chǎn)出產(chǎn)品[30]，而除少數(shù)植保無人機企業(yè)具有一定技術(shù)優(yōu)勢外，眾多企業(yè)只具備從事遙感、電力架線、高空攝影等行業(yè)經(jīng)驗，對有害生物防治知識不了解，加上企業(yè)自身管理混亂，導(dǎo)致最終施藥效果不佳[31-32]。

2.3.3 飛行人員培訓(xùn)體系不健全，配套服務(wù)不足 一般的防治企業(yè)無法單獨完成有害生物防治作業(yè)，需要具有豐富飛防經(jīng)驗和能力的專業(yè)化飛防組織，開發(fā)系統(tǒng)、專業(yè)的有害生物防治體系，以應(yīng)對復(fù)雜的、大規(guī)模的有害生物防治。飛行人員的技術(shù)水平以及防治作業(yè)技能缺乏統(tǒng)一的規(guī)范，亟待對從事飛防作業(yè)的飛行員進行上崗培訓(xùn)，以適應(yīng)林業(yè)有害生物航空防治需求。同時配套服務(wù)不足，如機械損毀時不能得到及時維修或維修時間長、成本高，也是航空防治實際應(yīng)用中的一個瓶頸。與此同時，雖然飛防事業(yè)不斷發(fā)展，但無人施藥機的機型仍然缺少。

2.3.4 空域申請較困難 空域?qū)儆趪夜操Y源，由于我國民用無人機行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范的缺失，在法律法規(guī)方面出現(xiàn)許多飛行空域管制問題[33]。按照《中華人民共和國民用航空法》規(guī)定，無人機屬于通用航空飛行類別，其飛行活動都應(yīng)當(dāng)獲取民航局登記許可[34]。缺乏明確的規(guī)定以及無人機注冊登記管理制度的空缺，使得無人機在實際作業(yè)中飛行范圍的申請上難度很大[35]。

3 林業(yè)有害生物航空監(jiān)測與防治技術(shù)對策

3.1 林業(yè)有害生物航空監(jiān)測

3.1.1 需要具有合格的航攝系統(tǒng) 根據(jù)植物受到有害生物侵襲會導(dǎo)致植物的光譜在各個波段上的波譜值發(fā)生變化的規(guī)律，要求系統(tǒng)至少搭載可見光數(shù)碼照相機和多光譜攝影機2套傳感器，通過GPS、GIS、攝影(自然光，紅外，NDVI多光譜雷達等)等多方面數(shù)據(jù)融合，獲取高準(zhǔn)確度的監(jiān)測數(shù)據(jù)。同時，飛行平臺仍需地理信息系統(tǒng)、精準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)、變量噴施系統(tǒng)、作物處方圖、精準(zhǔn)航空噴施系統(tǒng)等操作管理系統(tǒng)。一般傳感器要求探測器像素高于2 000萬像素，快門速度不低于1 000-1秒，影像儲存數(shù)量大于128 GB，且電池使用時間大于2 h。要求飛機續(xù)航時間較長，能進行大于1.5 h的長時間作業(yè)，平臺升限大于3 000 m。

3.1.2 規(guī)范的航攝作業(yè)計劃與設(shè)計 航空遙感監(jiān)測區(qū)域主要是人工調(diào)查難以觸及的山區(qū)等復(fù)雜地形，經(jīng)常會出現(xiàn)由于山體對數(shù)據(jù)傳輸電子信號的屏蔽，地面站無法接收到飛機回傳數(shù)據(jù)等現(xiàn)象，一旦飛機出現(xiàn)問題，地面站也無法及時處理，有可能造成嚴(yán)重事故。因此，在構(gòu)建無人遙感飛機系統(tǒng)時，應(yīng)提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈的性能，增大傳輸距離，加裝簡易中轉(zhuǎn)站。作業(yè)區(qū)規(guī)劃需采用1∶10 000的林相圖或更大比例尺遙感影像圖、地形圖等進行規(guī)劃。飛行作業(yè)設(shè)計時，地面分辨率不低于10～15 m，同一航線上相鄰像片的航高差不超過30 m，同時實際航高與設(shè)計航高差不高于50 m。攝影時太陽高度角應(yīng)大于30～40°，且晴天正午前后2 h內(nèi)不宜攝影。

3.1.3 具有較高質(zhì)量的攝影圖像 一般要求飛行質(zhì)量達到航攝相片航向重疊度50%～70%，旁向重疊度10%～50%，傾角不大于7°，旋角不大于15°，且同一航線高差不大于30 m，實際航高與設(shè)計航高不大于50 m，才能最大限度地保障影像的清晰度、層次豐富度、反差和色調(diào)的正常。另外，像點位移不超過3個像素，避免造成模糊、重影和錯位現(xiàn)象。

3.1.4 應(yīng)具有比較強的信息提取與數(shù)據(jù)處理分析能力 具備完整的圖像圖形分析處理軟件系統(tǒng)，完成遙感圖像的拼接、校正、分析、儲存等工作，病蟲害木圖像的位置精度誤差應(yīng)小于15 m，判別精度優(yōu)于85%，漏判率低于3%。飛行數(shù)據(jù)獲取后處理時效不超過36 h。

3.1.5 按照規(guī)定和規(guī)范編制監(jiān)測報告 監(jiān)測報告包括監(jiān)測項目的基本情況、監(jiān)測區(qū)概況、使用的技術(shù)原理與數(shù)據(jù)處理方法、劃定的航測區(qū)域及航線設(shè)計、飛行作業(yè)安排、影像獲取及病蟲害木信息提取、地面驗證航測結(jié)果、病蟲害木航測結(jié)果統(tǒng)計及存在的問題等。

3.2 林業(yè)有害生物航空防治

3.2.1 飛防前作業(yè)準(zhǔn)備 作業(yè)邊界勘測點位置偏差應(yīng)小于10 m；對飛防區(qū)域地理環(huán)境、林木、非靶標(biāo)野生生物、特種養(yǎng)殖生物、水源保護地、高大障礙物等進行詳盡勘察，定位其經(jīng)緯度坐標(biāo)并標(biāo)注在電子地圖上。特種養(yǎng)殖生物定位偏差應(yīng)小于3 m，并根據(jù)非靶標(biāo)生物敏感區(qū)調(diào)查結(jié)果、農(nóng)藥環(huán)境毒理數(shù)據(jù)結(jié)合霧滴大小、漂移規(guī)律、氣象條件、養(yǎng)殖方法等因子的關(guān)聯(lián)和影響，劃定合適的飛防安全避讓區(qū)，對藥劑特別敏感的生物，安全距離應(yīng)大于5 000 m。

3.2.2 通過輔助作業(yè)系統(tǒng)進行飛防設(shè)計和管理 在作業(yè)輔助系統(tǒng)、機載變量施藥控制系統(tǒng)以及作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的幫助下進行飛防作業(yè)設(shè)計與管理。根據(jù)作業(yè)區(qū)域及飛防參數(shù)，結(jié)合實際飛防需求設(shè)計飛行路徑，綜合考慮飛防載人機或無人機的能耗問題，合理分布多架次的返航點和噴藥量，自動規(guī)劃和生成飛機的最優(yōu)航線。在飛機飛行過程中，要求輔助系統(tǒng)具備施藥邊界、偏航提示與障礙物預(yù)警等功能，以便引導(dǎo)飛行員飛行；要求施藥控制系統(tǒng)可以根據(jù)飛機飛行狀態(tài)信息自動調(diào)節(jié)施藥管道流量，水平定位誤差控制在2.5 m以內(nèi)，且施藥量精度在±5%以內(nèi)，同時在需要進行航空防治有害生物的作業(yè)區(qū)，隨機布設(shè)農(nóng)藥揮發(fā)測定儀以及霧滴粒徑測量傳感器等設(shè)備，以便收集數(shù)據(jù)測評航空施藥效果。目前無人機可以全自主航線規(guī)劃，具有離心霧化噴頭，并可裝備視覺避障系統(tǒng)。

3.2.3 推廣使用智能化自主飛行監(jiān)測技術(shù) 在飛機飛行過程中，其速度、角度、作業(yè)狀態(tài)、燃料狀態(tài)和藥箱剩余量等都在動態(tài)變化中，對于作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，要求可遠程實時監(jiān)控當(dāng)前飛機作業(yè)期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并可以在線統(tǒng)計飛行架次、作業(yè)面積，自動生成報表等，將整個作業(yè)可視化，隨時掌握動態(tài)信息，且在出現(xiàn)異常情況時可以及時發(fā)現(xiàn)并給出警報以保證作業(yè)安全。所有飛防過程中的數(shù)據(jù)均需記錄準(zhǔn)確、完備，存檔備查。農(nóng)藥配制與飛防作業(yè)全過程的監(jiān)控數(shù)據(jù)須自動記錄并可回查、回溯。

3.2.4 合理使用專用飛防藥劑及助劑 對于航空防治專用藥劑及添加劑，要求LD50>2 000 mg/kg，且首次應(yīng)用于飛防的藥劑須進行飛防試驗，所使用的藥劑應(yīng)留樣備查。所使用藥劑的配制與加注，須在密閉容器中充分攪拌混勻。藥劑配制濃度誤差須小于1%，藥液加注量誤差須小于5%。

3.2.5 選擇最佳飛防作業(yè)決策模型 飛防所用航空器類型、霧化系統(tǒng)、噴頭及控制系統(tǒng)的精度、作業(yè)速度、噴灑高度等對施藥質(zhì)量起決定性作用，且施藥時的溫度、相對濕度、風(fēng)速等氣象條件也影響藥劑的揮發(fā)、沉積、漂移和附著。因此，應(yīng)根據(jù)飛防藥液添加劑、施藥噴嘴模型、模擬藥液漂移模型、最佳適宜施藥氣候等方面，篩選最佳飛防作業(yè)決策模型。機載噴灑設(shè)備藥液輸出流量誤差須小于5%。在平原、丘陵地區(qū)作業(yè)距離靶標(biāo)相對高度須小于10 m，飛行路徑與目標(biāo)路徑平均偏差須小于5 m。在山地作業(yè)距離靶標(biāo)相對高度須小于15 m，飛行路徑與目標(biāo)平均偏差須小于10 m。施藥后需保證施藥覆蓋率大于95%，施藥區(qū)霧滴點密度均勻性變異系數(shù)[36-37]不大于60%，噴施率誤差控制在5%以內(nèi)。目前一些公司可實時提供路線導(dǎo)航及藥液噴灑信息，并瞬時調(diào)節(jié)噴施量的變化，實現(xiàn)粉末及顆粒等噴灑材料的精密流量控制。

3.2.6 規(guī)范防治效果驗收規(guī)程 根據(jù)智能化作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)計航空作業(yè)期間關(guān)鍵信息，制成飛防效果驗收統(tǒng)計表，分別核查每次航空施藥的作業(yè)面積、飛機架次、總配藥量及最終施藥量等；根據(jù)不同施藥區(qū)及施藥種類需要，定期核查飛防作業(yè)區(qū)有害生物防治質(zhì)量，監(jiān)測飛防作業(yè)區(qū)及周圍一定區(qū)域內(nèi)的次生災(zāi)害發(fā)生情況，明確未能達到預(yù)期飛防作業(yè)效果、或產(chǎn)生次生災(zāi)害損失時的責(zé)任承擔(dān)者及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定規(guī)范化的防治效果驗收統(tǒng)計項目及規(guī)程。

林業(yè)有害生物航空監(jiān)測與防治，主要難度在于航攝信息提取與圖像處理、航空施藥過程中專用藥劑及助劑的篩選和研發(fā)、“飛機+噴灑設(shè)備+智控設(shè)備+專用藥劑”技術(shù)集成與優(yōu)化、“互聯(lián)網(wǎng)+”等技術(shù)的推廣應(yīng)用與規(guī)范，以及防治績效承包項目監(jiān)理規(guī)范與市場化管理平臺等方面。作為管理和研究監(jiān)測、防控林業(yè)有害生物的重要技術(shù)手段，航空監(jiān)測是衛(wèi)星遙感等其它監(jiān)測技術(shù)的重要補充，也是現(xiàn)代林業(yè)對調(diào)查工作的新要求，將成為林業(yè)調(diào)查和遙感測繪重要航空遙感平臺和未來林業(yè)有害生物災(zāi)害監(jiān)控和防治的重要常用工具，成為現(xiàn)代林業(yè)建設(shè)體系中一個重要組成部分并發(fā)揮巨大的作用。