曹勝昔，解旭東，郜 鵬

（北方工程設計研究院有限公司，河北石家莊 050000）

0 引言

隨著無人機技術的不斷發(fā)展，無人機類型也逐漸多樣化，并廣泛應用于林業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)等各領域的勘測工作中。

1 無人機遙感系統(tǒng)概況

無人機系統(tǒng)是對無人機概念的擴展，它是一套綜合的技術支撐系統(tǒng)，主要通過地面控制站、無人駕駛飛行器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)來操控飛行、處理數(shù)據(jù)和傳導信息[2]。

無人機遙感系統(tǒng)（UAV remote sensing）作為一種攝影測量與航空遙感系統(tǒng)，以無人機為平臺，通過搭載數(shù)碼相機、激光雷達等各種傳感器，可以在幾千米的飛行高度內(nèi)獲取照片、視頻以及遙感影像數(shù)據(jù)。無人機遙感系統(tǒng)可以智能快速的獲取遙感影像信息，并通過相關軟件進行后期處理、建模和分析，具備傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感所不能比擬的高時效、高分辨率優(yōu)勢。

1.1 無人機遙感技術工作原理

無人機遙感技術由3部分組成，地面工作基站主要負責對無人機航線的設計及對無人機工作情況的實時監(jiān)控，并將其拍攝的數(shù)據(jù)進行收集整理，無人機的工作是利用搭載在機身上的配套裝置按照預先設定好的航線飛行，通過搭載的紅外線傳感器、遙感傳感器等工具進行數(shù)據(jù)采集。除此之外，傳感器還會與地面基站保持通信并保證安全飛行。

1.2 無人機多光譜遙感的優(yōu)勢

無人機多光譜遙感是以多光譜傳感器為主要載荷，快速獲取和處理遙感影像數(shù)據(jù)的攝影測量與航空遙感技術。相比較傳統(tǒng)的非量測數(shù)碼相機和其他的遙感平臺，無人機多光譜遙感除了可以檢測面積變化、樹種類型、樹種分布、樹木數(shù)量、生長量變化、綠蔭覆蓋率等常規(guī)指標外，還可以搜集肉眼觀察不到的光譜信息。這些信息可以間接反映出園林植物的生物量、葉綠素含量等生理功能性狀。基于這些信息，可以搭建病蟲害和入侵生物的監(jiān)測預警體系，通過統(tǒng)計分析病害發(fā)生面積、發(fā)展程度以及趨勢[3]，評估災害的風險等級并及時預測預報，進而為病蟲害的防治提供依據(jù)。同時，根據(jù)評估結果，合理規(guī)劃防治路線，通過高空噴藥的手段進行防治，既提高了防治效果和工作效率，又減少了對人體的傷害，節(jié)約了人工成本。

2 無人機多光譜遙感在園林樹木管理方面的應用

2.1 項目概況

崇禮區(qū)冬奧生態(tài)風景道作為2022年北京冬奧會張家口賽區(qū)的一條重要的生態(tài)廊道，對提升冬奧景觀品質(zhì)具有重要意義。該廊道綠化工程全長約17.5km，綠化面積4380畝，種植喬木有云杉、油松、樟子松、白樺、五角楓、山桃、北美海棠等15種；灌木有紫丁香、紅瑞木、沙地柏等8種。

為了彰顯“科技冬奧”的主題，方便后期景觀生態(tài)修復效果評估和監(jiān)測管理，擬應用無人機搭載多光譜傳感器技術進行動態(tài)監(jiān)測，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合分析，采取適當?shù)募夹g措施進行養(yǎng)護管理和優(yōu)化提升。

主要目的：驗證無人機搭載多光譜傳感器技術在園林樹木養(yǎng)護管理中應用的技術可行性。

2.2 擬應用技術與設備

（1）多光譜遙感及數(shù)據(jù)處理技術

多光譜傳感器理論上可獲得200多種光譜信息，通過更換不同濾光片來獲取所需的光譜波段信息，將獲取的遙感影像導入ERDAS、ENVI等軟件進行處理分析可以得到想要的成果。

（2）航跡規(guī)劃技術

對于人難以到達、起伏不大的相對平坦地區(qū)，采取常規(guī)航路規(guī)劃技術進行航空攝影測量。

表1 無人機遙感使用的設備及設備功能定位

對于人工難以到達、地勢起伏較大的地區(qū)，為了獲取準確的影像數(shù)據(jù)，可根據(jù)山地的等高線設計航拍路線。獲取遙感數(shù)據(jù)。

（3）電子地圖成圖技術

差分GPS自動駕駛儀技術結合地面外業(yè)控制點或者高精度電子地圖對航拍拼圖進行校正，可形成亞米級精度的電子地圖，完全能滿足園林綠化行業(yè)需求。

（4）系統(tǒng)設備

該技術采用的主要系統(tǒng)及設備有：固定翼無人機遙感信息系統(tǒng)、外業(yè)數(shù)據(jù)采集設備、數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)，見表1。

其中，固定翼無人機遙感信息系統(tǒng)采取FLY-1型固定翼無人機系統(tǒng)和ADC多光譜相機。

固定翼無人機比旋翼無人機速度更快，飛行時間也更長，其航程一般在幾千米以內(nèi)，適用于尺度較大的場地信息的獲取。ADC多光譜數(shù)碼相機用于拍攝范圍在520～950nm的綠、紅和近紅外波段（TM2、TM3和TM4）的圖像，通過分析地表植被和植物冠層的反射和吸收，可以觀測到植被類型、植被生長量、植被覆蓋度等多項指標。后期利用軟件對生物多樣性指數(shù)、NDVI（歸一化植被指數(shù)）等多種植被指數(shù)進行計算，方便對植被生長情況進行分析。

2.3 技術方案

具體來說，分以下幾個步驟：

（1）系統(tǒng)架構設計

系統(tǒng)大致可分為四大功能模塊。①GIS基礎模塊包括遙感影像等柵格數(shù)據(jù)、mxd格式文件以及區(qū)劃的矢量數(shù)據(jù)的輸入；影像數(shù)據(jù)的量測以及屬性編輯等；②空間區(qū)劃、面積計算模塊提供小班等國家標準區(qū)劃符號，同時區(qū)劃結果進行面積計算；③信息提取模塊將場地海拔、坡度、坡向等矢量數(shù)據(jù)信息提取存儲到對應的屬性數(shù)據(jù)庫中。苗木的冠徑、樹高、胸徑、株樹密度、生物量等信息都可以通過本模塊得到；④結果輸出模塊有報表輸出和圖表輸出兩種類型。報表輸出主要用于輸出屬性類表格信息，如小班屬性表等；圖表輸出主要用于輸出空間類信息，如各類林相圖等。

（2）監(jiān)測指標確定

在咨詢專家、查閱文獻的基礎上，依據(jù)項目實際需要選擇相關指標（見表2）進行監(jiān)測。

表2 監(jiān)測指標

覆蓋率：100%，對調(diào)查區(qū)實施100%覆蓋遙感監(jiān)測；

準確率：＞90%，測報準確率不低于90%；（需地面調(diào)查）；

地面分辨率：優(yōu)于0.2m；

定位精度：＜5m，對病死樹、枯死樹的定位精度優(yōu)于5m。

（3）無人機數(shù)據(jù)獲取

首先，使用無人遙感信息系統(tǒng)對選取樣地的地形以及植被進行高精度（地面分辨率優(yōu)于0.2m）的遙感監(jiān)測，航飛航線規(guī)劃為旁向重疊75%，航線重疊65%，航高500m，監(jiān)測次數(shù)為每個季節(jié)兩次。

（4）數(shù)據(jù)處理分析

將獲取的遙感影像導入GIS/ERDAS/ENVI軟件進行處理，提取地形數(shù)據(jù)和相關苗木信息進行初步數(shù)據(jù)分析。

（5）人工抽樣確認調(diào)查

地形因子：綜合典型抽樣與隨機抽樣的方法，垂直等高線或林帶走向設置多邊形樣地，采用皮尺、手持式GPS儀等儀器測量樣地的高程、坡度信息。

植被因子：比如統(tǒng)計感病、枯死株樹；結合林相圖統(tǒng)計發(fā)生面積。通過使用外業(yè)調(diào)查PDA設備，在GIS和GPS技術的支持下對目標區(qū)域的災害情況進行現(xiàn)場數(shù)字化采集，獲取野外調(diào)查數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行鑒定、檢查、處理、統(tǒng)計，結合遙感監(jiān)測結果和林相圖，依據(jù)統(tǒng)計抽樣理論、國家標準，對遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)進行評估，統(tǒng)計發(fā)生面積、感病、枯死株樹等相關信息，形成災害分布圖。

（6）輸出成果，分析評估。對核查的結果進行比較分析，將在誤差范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)信息輸入系統(tǒng)平臺。通過建立相關數(shù)學模型對各項數(shù)據(jù)進行計算，并輸出最終的結果。依據(jù)結果對樹木生長狀況進行評估預測，形成綜合分析報告，為后期養(yǎng)護管理提供理論依據(jù)。

3 結語

本研究積極響應設計師和景觀從業(yè)人員的相關需求，創(chuàng)新地運用無人機多光譜遙感來監(jiān)測和分析園林樹木長勢、布局、病蟲害等各項信息，為實現(xiàn)園林樹木智慧式管理提供了一種思路。

綜上所述，隨著我國信息技術的不斷發(fā)展，在城市園林綠化工程中融合信息技術、構建智慧化管理體系，對于優(yōu)化管理系統(tǒng)的功能與結構，提高管理工作的質(zhì)量與效率起著至關重要的作用，此外，還能夠保障城市園林綠化管理工作的正常進行，實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的共享，促進部門之間的溝通協(xié)調(diào)，有利于我國城市園林綠化工程的可持續(xù)發(fā)展。