孫海波

摘要：隨著遙感技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代林業(yè)需求的不斷提升，森林資源調(diào)查經(jīng)歷了從傳統(tǒng)地面調(diào)查到航空、航天等不同平臺(tái)類型，遙感數(shù)據(jù)空間分辨率從千米級(jí)到厘米級(jí)不斷提高，波段信息從單波段到多光譜不斷豐富，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從二維圖像擴(kuò)展到三維點(diǎn)云等。其中，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)作為一種新型的數(shù)據(jù)獲取手段，不僅可以彌補(bǔ)地面監(jiān)測(cè)與航天、衛(wèi)星遙感之間的尺度空缺，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的結(jié)果更準(zhǔn)確地?cái)U(kuò)展到區(qū)域尺度，供森林資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)使用，還可搭載不同性能的傳感器以獲取時(shí)空匹配的多源數(shù)據(jù)，在森林參數(shù)信息提取、生態(tài)環(huán)境調(diào)查、森林火災(zāi)及病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

關(guān)鍵詞：林業(yè)災(zāi)害;無(wú)人機(jī);應(yīng)用價(jià)值

1無(wú)人機(jī)技術(shù)概述

無(wú)人機(jī)技術(shù)主要是借助無(wú)線遙控設(shè)備或者在無(wú)人機(jī)上搭載小型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)操控不載人的飛行設(shè)備。相較于其他設(shè)備，使用無(wú)人機(jī)可以有效地降低成本，也可以完成一些載人飛行器的任務(wù)，主要應(yīng)用于某些載人飛行器所不能或者不便到達(dá)的場(chǎng)所。在林業(yè)調(diào)查中，無(wú)人機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的遙感技術(shù)，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是在面對(duì)一些突發(fā)情況時(shí)，無(wú)人機(jī)具有良好的應(yīng)對(duì)速度，相關(guān)工作人員可以在地面上對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行遙控，及時(shí)獲取發(fā)生場(chǎng)所的信息。二是體現(xiàn)在無(wú)人機(jī)優(yōu)良的機(jī)動(dòng)性上，無(wú)人機(jī)不需要搭載駕駛員，決定了無(wú)人機(jī)一般具有較小的體積，林業(yè)調(diào)查一般需要出入各種紛繁復(fù)雜的場(chǎng)地，無(wú)人機(jī)在一般情況下對(duì)場(chǎng)地沒(méi)有很高的要求，可以滿足大部分林業(yè)調(diào)查任務(wù)的要求。無(wú)人機(jī)技術(shù)可以保障獲取到空間和物體的相關(guān)信息的準(zhǔn)確性，可以很好地填補(bǔ)大尺度航空技術(shù)領(lǐng)域的空白。

2無(wú)人機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)如今，迫切需要更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)支持林業(yè)。但是，傳統(tǒng)的林業(yè)經(jīng)濟(jì)往往勞動(dòng)密集型，困難重重，往往深入山區(qū)和森林，需要較短的工作周期和較高的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。無(wú)人機(jī)機(jī)器人具有靈活、響應(yīng)迅速、高分辨率和廣泛的優(yōu)點(diǎn)，可以縮短人工檢查時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足林業(yè)需求，從而大大提高林業(yè)質(zhì)量。因此，無(wú)人機(jī)技術(shù)在森林調(diào)查中的合理應(yīng)用，比傳統(tǒng)的調(diào)查方法有許多優(yōu)勢(shì)，例如及時(shí)準(zhǔn)確地收集森林經(jīng)濟(jì)信息，從而提高了森林質(zhì)量。無(wú)人機(jī)比傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙測(cè)技術(shù)更靈活，特別是在例外情況下，這些技術(shù)可以繼續(xù)監(jiān)測(cè)地面控制，以避免對(duì)工作人員造成危險(xiǎn)，提高林業(yè)效率。

3無(wú)人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的具體應(yīng)用

3.1無(wú)人機(jī)遙感森林參數(shù)信息提取中的應(yīng)用

森林參數(shù)是反映森林經(jīng)營(yíng)管理狀況與森林質(zhì)量的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查主要以布設(shè)樣地進(jìn)行抽樣調(diào)查作為技術(shù)手段，不利于大區(qū)域尺度的調(diào)查研究，且林下條件復(fù)雜存在調(diào)查難度大、效率低和精度差等問(wèn)題，難以滿足現(xiàn)代林業(yè)的發(fā)展要求。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外基于無(wú)人機(jī)進(jìn)行森林參數(shù)提取，主要包括單木和林分水平上的樹(shù)高與冠幅的提取，林木株數(shù)、胸徑、郁閉度，蓄積量、生物量及碳儲(chǔ)量，等等因子的獲取。由于無(wú)人機(jī)無(wú)法直接測(cè)量胸徑信息，主要通過(guò)樹(shù)高和冠幅因子進(jìn)行反演得到。

3.2在森林調(diào)查中的應(yīng)用

目前，森林存量通常以距離數(shù)據(jù)或森林存量檔案為來(lái)源，首先在內(nèi)部評(píng)估現(xiàn)有調(diào)查的結(jié)果，然后由相關(guān)外部調(diào)查人員根據(jù)當(dāng)?shù)氐膬?nèi)部評(píng)估結(jié)果進(jìn)行調(diào)查。雖然這種方法可以進(jìn)行毀林，但最大的缺點(diǎn)是它不是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查人員在一些更復(fù)雜的環(huán)境中使用的實(shí)時(shí)圖像，或者在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)該地形無(wú)法進(jìn)入森林。無(wú)人機(jī)可以實(shí)時(shí)拍攝，以便在非常短的時(shí)間內(nèi)對(duì)森林進(jìn)行徹底調(diào)查，獲得高分辨率圖像，包括平均林和胸部，使外勤人員能夠及時(shí)準(zhǔn)確地訪問(wèn)森林邊界，或從一個(gè)來(lái)源獲得3D信息。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，法醫(yī)必須深入森林，以便系統(tǒng)和全面地調(diào)查各種因素，特別是某些復(fù)雜地形中與重大風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)的森林。

3.3在害蟲(chóng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

長(zhǎng)期以來(lái)，森林管理中的害蟲(chóng)管理一直是森林管理中的一個(gè)中心問(wèn)題，特別是考慮到我們?cè)O(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)纳执媪恐贫?、林業(yè)氣泡管理日益復(fù)雜以及利用攝像機(jī)等設(shè)備監(jiān)測(cè)害蟲(chóng)的機(jī)器人技術(shù)，從而能夠監(jiān)測(cè)目標(biāo)地區(qū)的某些種類的害蟲(chóng)。在防治某些害蟲(chóng)的過(guò)程中，無(wú)人機(jī)還可以與灑水器合作，解決以現(xiàn)有技術(shù)為基礎(chǔ)、只有人類才能解決的某些問(wèn)題，從而改善森林生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。

3.4在火災(zāi)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

森林火災(zāi)是一場(chǎng)意外的破壞性事件和對(duì)森林管理影響最大的自然災(zāi)害。在森林火災(zāi)中，90%以上的火災(zāi)引起的燒傷是不適當(dāng)?shù)?。森林火?zāi)監(jiān)測(cè)是森林管理的一個(gè)重要組成部分，救援人員必須及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，消除火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)測(cè)要么由私人圈子監(jiān)測(cè)，要么由衛(wèi)星監(jiān)測(cè)。人工旅游容易受到天氣預(yù)報(bào)、環(huán)境影響和小規(guī)模、低效的參觀區(qū)域的影響。衛(wèi)星

監(jiān)測(cè)受到時(shí)間和空間分辨率的影響，檢索信息的時(shí)間較長(zhǎng)，因此無(wú)法再檢測(cè)到早期的火災(zāi)情況。無(wú)人機(jī)能夠?qū)崟r(shí)、大規(guī)模地監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)，及時(shí)發(fā)出信號(hào)，報(bào)告火災(zāi)探測(cè)器，方便消防。例如，山東省森林管理利用無(wú)人機(jī)技術(shù)及時(shí)收集森林火災(zāi)信息，準(zhǔn)確分析火災(zāi)、地點(diǎn)、面積等核心信息，從而有效應(yīng)對(duì)森林火災(zāi)。

3.5在生物監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在林業(yè)方面，工作人員可以利用機(jī)器人技術(shù)捕獲森林地區(qū)的相應(yīng)圖像，對(duì)個(gè)別樹(shù)木的生物量進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，并應(yīng)用面向?qū)ο蟮姆椒ǚ治鰝€(gè)別樹(shù)木的冠層面積，從而開(kāi)發(fā)相應(yīng)的乳腺遞歸模型，從而通過(guò)樹(shù)生物量方程對(duì)族譜中的近似生物量進(jìn)行現(xiàn)實(shí)的計(jì)算。由于胸徑和樹(shù)冠直徑是相互關(guān)聯(lián)的，因此樹(shù)冠直徑可以計(jì)算胸部直徑的大小，然后使用生物量和胸部直徑之間的相關(guān)計(jì)算方法來(lái)估計(jì)森林的生物量。無(wú)人機(jī)還可以通過(guò)利用可見(jiàn)光跟蹤森林地區(qū)的植物指數(shù)來(lái)估計(jì)森林生物量。

3.6森林水文狀況調(diào)查

森林水資源調(diào)查也是林業(yè)研究和監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)重要任務(wù)，適當(dāng)調(diào)查森林周邊地區(qū)的水資源狀況，有助于確保森林周邊地區(qū)的生態(tài)平衡，加強(qiáng)該地區(qū)洪水和干旱的程度。無(wú)人機(jī)遙測(cè)技術(shù)的應(yīng)用使人們能夠系統(tǒng)、全面和實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)森林環(huán)境的水條件，從而確保森林管理系統(tǒng)的適當(dāng)和健康發(fā)展，大大有助于減少該區(qū)域的廢水價(jià)值。

4結(jié)語(yǔ)

林業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)需要極高的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度，否則出現(xiàn)警情誤報(bào)漏報(bào)會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)或嚴(yán)重的災(zāi)害影響。利用人工智能技術(shù)、深度學(xué)習(xí)等新型分類識(shí)別技術(shù)，可以提高無(wú)人機(jī)遙感數(shù)據(jù)的識(shí)別精度，這些技術(shù)的引入使得災(zāi)害防治朝向多技術(shù)融合的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡健波，張健.無(wú)人機(jī)遙感在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2018（1）：20-30.

[2]劉真暢，唐勝景，李夢(mèng)婷，等.固定翼垂直起降無(wú)人機(jī)過(guò)渡機(jī)動(dòng)優(yōu)化控制分配研究[J].兵工學(xué)報(bào)，2019（2）：314-325.