鐘夢(mèng)驊
(廣西壯族自治區(qū)國有雅長林場,廣西 百色 533000)
無人機(jī)的使用,對(duì)林業(yè)管理工作具有重要意義,同時(shí)也是智慧林業(yè)建設(shè)的重要組成部分,通過無人機(jī)控制可以對(duì)林區(qū)情況實(shí)時(shí)監(jiān)測,加大信號(hào)傳輸距離,實(shí)現(xiàn)林區(qū)“云監(jiān)控”,極大地提高巡山效率,將“傳統(tǒng)人防”向“智能技防”轉(zhuǎn)變。從這一層面來講,無人機(jī)技術(shù)的使用,可以降低林區(qū)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),精準(zhǔn)監(jiān)控林區(qū)情況,基于此,筆者以廣西壯族自治區(qū)為例,分析無人機(jī)在該地區(qū)的應(yīng)用價(jià)值,給出無人機(jī)在林業(yè)管理中的具體應(yīng)用,為其他部門和相關(guān)技術(shù)人員提供可參考性建議。
林業(yè)管理從本質(zhì)上講,也可以稱之為森林資源管理或者林業(yè)資源管理,是林業(yè)工作的核心內(nèi)容之一。在信息化技術(shù)的加持下,利用高科技手段可以提升森林資源管理水平,在森林防火防災(zāi)、巡防監(jiān)視、面積核查、資源調(diào)查、分類歸類、病蟲害監(jiān)測、林業(yè)執(zhí)法等方面具有極高的應(yīng)用價(jià)值。如今林業(yè)建設(shè)是生態(tài)文明建設(shè)的重中之重,已經(jīng)上升為國家發(fā)展戰(zhàn)略高度,在建設(shè)美麗中國背景下,森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,通過高效、科學(xué)的資源管理方法,可以促進(jìn)生態(tài)綠色發(fā)展。
無人機(jī)也被稱為“無人駕駛飛機(jī)”,也是無人駕駛飛行器的統(tǒng)稱。利用無線電遙控設(shè)備,在自備程序的控制下,實(shí)現(xiàn)“不載人飛行”,主要分為“無人固定機(jī)”“無人直升機(jī)”“無人多旋翼飛行器”等,都是無人機(jī)的類別之一。主要應(yīng)用在電力巡檢、物流運(yùn)輸、農(nóng)林植保等多個(gè)行業(yè),具體市場應(yīng)用結(jié)構(gòu)如下:
筆者以廣西地區(qū)農(nóng)林植保無人機(jī)使用為例,該地區(qū)林地面積幅員遼闊,并且其獨(dú)特的地形特點(diǎn)直接導(dǎo)致森林資源復(fù)雜多樣,因此,在林業(yè)管理和森林調(diào)查工作中,利用無人機(jī)進(jìn)行監(jiān)測已經(jīng)成為常態(tài)化工作手段之一,林用無人機(jī)與其他類型無人機(jī)相比,具有多任務(wù)載荷功能,可以適應(yīng)復(fù)雜多變的森林資源條件,在極端惡劣天氣,也可以保障任務(wù)執(zhí)行的連續(xù)性,即使在大風(fēng)天、火場、雨雪天、夜晚也可以對(duì)地理位置坐標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定位,滿足林業(yè)管理的基本要求。其具體的應(yīng)用方向主要體現(xiàn)在輔助森林執(zhí)法、森林資源監(jiān)測調(diào)查、病蟲害防治、火源檢測、日常巡防這五個(gè)方面,無人機(jī)技術(shù)與人為巡檢技術(shù)相比,具有高清成像、低空承載、云臺(tái)承載、紅外成像等得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。
2.2.1 可以對(duì)森林資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測
通過無人機(jī)技術(shù)的基本概念,我們可以得知,該種技術(shù)的使用,可以提升林業(yè)信息資源獲取的實(shí)效性,通過動(dòng)態(tài)化的監(jiān)測,反映森林資源情況的真實(shí)性,比如對(duì)現(xiàn)階段森林狀態(tài)和植被立地覆蓋情況進(jìn)行調(diào)查,通過無人機(jī)技術(shù)的操作,提高工作實(shí)效性和調(diào)查準(zhǔn)確性,利用遙感成像速度快、高清、便捷化優(yōu)勢,直接性反應(yīng)不同植被的分布規(guī)律。也可以將無人機(jī)技術(shù)和激光雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合,進(jìn)一步提升森林資源監(jiān)測效率,提高工作質(zhì)量,尤其在森林資源調(diào)查過程中,如果通過傳統(tǒng)人為方式,很難獲取所有林分因子情況,森林資源調(diào)查不夠充分,而利用無人機(jī)技術(shù)避免傳統(tǒng)工作方式的耗時(shí)耗力,可以快速對(duì)林分因子進(jìn)行及時(shí)掌握,做好森林蓄積調(diào)查,客觀掌握林分分布情況,掌握植被分布規(guī)律。結(jié)合遙感技術(shù),分析波譜比值和植被蓄積之間的關(guān)系,最終形成數(shù)字影像,便于森林管理者和林業(yè)部門對(duì)林區(qū)內(nèi)基本情況進(jìn)行分析,為下一步工作提供保障。
2.2.2 提高森林防災(zāi)減災(zāi)水平
森林災(zāi)害主要分為火災(zāi)、地震災(zāi)害等多種自然災(zāi)害,并且森林火災(zāi)具有突發(fā)性強(qiáng)、危險(xiǎn)性高、輻射面積廣泛、破壞性巨大等特點(diǎn),是最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一,為我國林業(yè)建設(shè)造成難以估量的損失,不利于國家森林資源建設(shè)和綠色生態(tài)發(fā)展,甚至引發(fā)生態(tài)災(zāi)難和社會(huì)危機(jī)。各地每年投入大量的人力、財(cái)力防治森林火災(zāi)火勢,獲得良好成效,但是也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,森林防火工作難以得到全面的遏制,因此利用無人機(jī)技術(shù),結(jié)合遙感手段,可以對(duì)森林防火進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測,通過早發(fā)現(xiàn)、早撲救對(duì)林區(qū)實(shí)施快速巡查、檢測,將“有災(zāi)變?yōu)闊o災(zāi)”,將“大災(zāi)變?yōu)樾?zāi)”。同時(shí)營林技術(shù)人員也可以結(jié)合可見光熱紅外視頻監(jiān)測系統(tǒng),對(duì)林區(qū)的火情火勢進(jìn)行精準(zhǔn)反映,幫助相關(guān)部門和撲救人員及時(shí)趕到火場進(jìn)行撲救,并且該種無人機(jī)技術(shù)具有成本較低、低空監(jiān)測、機(jī)動(dòng)快速、操作便捷的優(yōu)勢,通過云臺(tái)載重,有效防止火情蔓延,便于低空滅火工作的順利實(shí)施。
2.2.3 及時(shí)有效防止森林病蟲害
森林病蟲害防治工作是林業(yè)資源管理的重要組成部分。廣西地區(qū)由于氣候溫暖潮濕,地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),雨熱同期的環(huán)境條件為病蟲害的滋生和蔓延提供場所,每年病蟲害發(fā)生都會(huì)給當(dāng)?shù)卦斐刹豢晒懒康慕?jīng)濟(jì)損失。因此為了控制病蟲害發(fā)生率,防止其蔓延和擴(kuò)散,加大對(duì)林業(yè)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)力度,各級(jí)地區(qū)和部門采用信息技術(shù)防治措施,對(duì)森林資源進(jìn)行全方位的監(jiān)測,及時(shí)發(fā)現(xiàn)有害生物,提早治療,比如利用無人機(jī)技術(shù),將綠色植保技術(shù)相結(jié)合,通過無人機(jī)噴藥、無人機(jī)巡邏,實(shí)現(xiàn)災(zāi)蟲防治監(jiān)測效果,有助于提升森林生長質(zhì)量。其中相關(guān)營林技術(shù)人員應(yīng)該注意到,無人機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)3S技術(shù)具有一定差異性,遙感技術(shù)、定位技術(shù)和測繪技術(shù),具有一定單一性和固定性,如果利用無人機(jī)技術(shù)操作,可以動(dòng)態(tài)化地掌握害蟲情況,將有害植株的莖葉、枝干等發(fā)病部位進(jìn)行放大拍攝,幫助營林技術(shù)人員更好地掌握病蟲害發(fā)病情況,獲得更為真實(shí)可靠的結(jié)論,從而降低病蟲害不良影響,避免傳統(tǒng)工作方式中工作人員親自深入林區(qū)進(jìn)行調(diào)查取樣,直接通過航拍工作完成監(jiān)測任務(wù),加大工作實(shí)效性。尤其在地勢險(xiǎn)峻區(qū)域,通信訊號(hào)較差區(qū)域和植被覆蓋面積較大區(qū)域,營林技術(shù)人員難以深入監(jiān)測其病蟲害情況,無人機(jī)技術(shù)在精準(zhǔn)掌握其發(fā)病規(guī)律的基礎(chǔ)上,利用旋翼無人機(jī)可以使得綠色植保藥物更好地穿過森林層次,實(shí)現(xiàn)大范圍、大面積的噴灑,提升藥物傳播時(shí)效性,避免工作人員和藥物直接接觸,在節(jié)約生物藥劑和水資源的情況下,可以確保森林技術(shù)工作者的身心健康。
2.2.4 有利于加大森林生物保護(hù)
野生動(dòng)物是森林資源的重要組成部分,不僅事關(guān)大自然的生態(tài)平衡,也對(duì)林業(yè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義,在傳統(tǒng)的監(jiān)測方法下,技術(shù)人員一般利用樣帶樣方圖算法和人工直接計(jì)數(shù)法,對(duì)野生動(dòng)物的數(shù)量進(jìn)行測算,掌握野生動(dòng)物的種類和分布規(guī)律,但是人工成本、經(jīng)濟(jì)成本較高,并且準(zhǔn)確率較低,難以達(dá)到森林深處,一旦操作不當(dāng),將會(huì)導(dǎo)致野生動(dòng)物對(duì)監(jiān)測人員的傷害,加大對(duì)野生動(dòng)物群的干擾。而利用無人機(jī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本較低,工作實(shí)效性強(qiáng),準(zhǔn)確度高,可以避免野生動(dòng)物對(duì)人類的傷害,利用無線操作,可以深入森林野生動(dòng)物保護(hù)區(qū),對(duì)動(dòng)物活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,尤其是大型野生動(dòng)物的分布規(guī)律和數(shù)量,運(yùn)用熱成像監(jiān)測設(shè)備,結(jié)合無人機(jī)技術(shù),可以對(duì)國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)動(dòng)物進(jìn)行監(jiān)測,最終總結(jié)出具體數(shù)據(jù),對(duì)森林生物量進(jìn)行估計(jì),獲取高分辨率影像。
2.2.5 有利于對(duì)森林資源郁閉度的估測
在廣西地區(qū),林業(yè)保護(hù)區(qū)多數(shù)是闊葉林和喬木林。在計(jì)算樹干遮蔽地面的程度時(shí),營林技術(shù)人員可以利用樣線樣點(diǎn)法、目測法等多種手段,計(jì)算其森林郁閉度,以R圍郁閉度測定,工作誤差較大。利用無人機(jī)技術(shù)將遙感技術(shù)相結(jié)合,可以準(zhǔn)確評(píng)估森林郁閉度信息,該種技術(shù)影像分辨率較高,精度可以高達(dá)90%以上,基本符合實(shí)地目測結(jié)果。其次,利用無人機(jī)技術(shù),可以精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)該林區(qū)內(nèi)林木死亡株數(shù)和總株數(shù),通過影像分析得出保存率和成活率,大力提高了營林工作質(zhì)量和效率,降低技術(shù)人員的工作強(qiáng)度和壓力,與傳統(tǒng)工作方法相比,營林核查成效更加明顯,為后續(xù)林業(yè)執(zhí)法管理提供基礎(chǔ),合理規(guī)避毀林開荒、濫砍濫伐、違法征地等行為,利用無人機(jī)技術(shù)可以對(duì)森林資源現(xiàn)場進(jìn)行及時(shí)調(diào)查取證,滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求,加強(qiáng)林業(yè)執(zhí)法管理精準(zhǔn)性和實(shí)效性,真正實(shí)現(xiàn)智慧理念和現(xiàn)代理念。
為了分析無人機(jī)技術(shù)在林業(yè)管理工作中的具體應(yīng)用,筆者以廣西地區(qū)為例,對(duì)該地區(qū)的闊葉林、針葉林和竹林進(jìn)行分類識(shí)別,其中無人機(jī)主要利用藍(lán)、綠、紅三種波段光譜信息,對(duì)森林資源情況生成數(shù)字正射影像圖,通過預(yù)處理得出數(shù)字表面模型,以此來監(jiān)測森林資源生長情況、林分類型、林間郁閉度、病蟲害情況、森林消防效果。具體應(yīng)用措施如下:
廣西地區(qū)森林面積廣闊,營林技術(shù)人員和調(diào)查工作者需要深入林區(qū)開展外業(yè)工作,通過新設(shè)備、新技術(shù)的支持,結(jié)合視頻監(jiān)控、衛(wèi)星遙感等手段,有助于林業(yè)森林資源管理成效的提升。比如通過無人機(jī)技術(shù),仿佛為林業(yè)工作“插上翅膀”,將其作為資源管理工作中的“空中保護(hù)傘”,對(duì)林區(qū)內(nèi)野生動(dòng)植物進(jìn)行跟蹤,發(fā)揮無人機(jī)便捷性、飛行穩(wěn)定性、監(jiān)控精準(zhǔn)性、平臺(tái)靈活性等得天獨(dú)厚的優(yōu)勢,為森林資源調(diào)查工作裝上“空中之眼”,準(zhǔn)確獲取森林信息,節(jié)省人力、財(cái)力。該地區(qū)可以利用無人機(jī)LiDAR測量系統(tǒng),該系統(tǒng)主要由儲(chǔ)存控制系統(tǒng)、固定安裝支架和時(shí)間同步系統(tǒng)組成,工作原理為:無人機(jī)利用三維激光掃描儀,對(duì)森林情況進(jìn)行主動(dòng)探測,根據(jù)激光信號(hào)的反射,來確定調(diào)查目標(biāo)的方位和散射回波距離,最終得出具體的三維測量信息,形成空間分布模型,該種測量系統(tǒng)不依賴自然光,與傳統(tǒng)方式相比不會(huì)受到雨雪天氣、太陽高度角等因素的影響,成像不會(huì)出現(xiàn)陰影,獲取數(shù)據(jù)更加方便快捷,測量精度可以達(dá)到1cm。并且該種技術(shù)的使用通過激光脈沖功能,可以對(duì)森林資源、樹枝、樹干、樹冠等多種高程工具進(jìn)行測量,對(duì)植被的穿透性能較強(qiáng),可以真實(shí)地反映被探測林區(qū)的真實(shí)地形,已經(jīng)成為森林資源調(diào)查的好幫手。
森林病蟲害防治工作就是指對(duì)病害和蟲害進(jìn)行預(yù)防和根除,避免因?yàn)樵摲N病蟲災(zāi)害對(duì)林業(yè)資源的管護(hù)帶來損失,通過專項(xiàng)調(diào)查和全面檢查,精準(zhǔn)掌握病蟲災(zāi)害,利用無人機(jī)技術(shù)分析病蟲害危害情況和分布特點(diǎn),開展野外巡查,比如廣西某林場利用無人機(jī)技術(shù),對(duì)林場2016-2020年病蟲害發(fā)生情況進(jìn)行調(diào)查,得出以下數(shù)據(jù):
該林場利用快速機(jī)動(dòng)的飛行能力,有效規(guī)避偵查人員的人力資源不足問題,以無人機(jī)技術(shù)代替人工勞力,搭載多光譜儀,可以在不同日光條件下,對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)反射,自動(dòng)調(diào)整參數(shù),形成高質(zhì)量、多光譜圖像。以此分析某區(qū)域是否存在病蟲害威脅,有效加強(qiáng)林業(yè)害蟲監(jiān)測預(yù)警,提升防災(zāi)減災(zāi)水平??茖W(xué)掌握林業(yè)生長信息,無人機(jī)根據(jù)地面站事先設(shè)定的飛行航線進(jìn)行定期巡檢,對(duì)異常林分布、變色樹、枯死樹等情況進(jìn)行綜合反饋,技術(shù)人員和林區(qū)管理者判斷森林健康狀況,制定精準(zhǔn)化的病蟲害防控措施,也可以利用綠色植保技術(shù)進(jìn)行農(nóng)藥噴灑,根據(jù)每次巡查情況,統(tǒng)一部署,科學(xué)治理,對(duì)病蟲害問題及早遏制,分析其發(fā)生規(guī)律,提高防治效果。同時(shí),應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)無人機(jī)操作人員的培訓(xùn),提高其無人機(jī)應(yīng)用的專業(yè)性和技術(shù)含量,最終發(fā)揮其在林業(yè)資源管理中的作用。
廣西地區(qū)利用無人機(jī)技術(shù),可以有效解決森林防火問題,比如:通過可見光高清相機(jī)和無人機(jī)云臺(tái)搭載紅外等技術(shù),進(jìn)行排查和巡邏,形成一套視頻監(jiān)控系統(tǒng),打造陸空一體化森林防火體系,實(shí)時(shí)將林區(qū)的熱點(diǎn)、火場、輪廓、火點(diǎn)蔓延速度、火情火災(zāi)面積、傳播趨勢等信息回傳到綜合性指揮中心,方便林業(yè)管理人員做出準(zhǔn)確地判斷,分析火情狀況,尤其對(duì)“隱火”和“初發(fā)火”防范效果更為明顯。比如該地區(qū)可以利用無人機(jī)系統(tǒng)投放簡易、機(jī)動(dòng)性好、應(yīng)用簡便等優(yōu)勢,構(gòu)建防火預(yù)警系統(tǒng),通過無線支配。使得無人機(jī)可以全天候執(zhí)勤,自動(dòng)跟蹤,實(shí)時(shí)回傳異常數(shù)據(jù),找出地面監(jiān)控系統(tǒng)可能出現(xiàn)的盲點(diǎn),對(duì)火點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位,并且該云臺(tái)具有靈活性、穿透性強(qiáng)等特點(diǎn),不會(huì)受地表溫度影響,成像較為清晰,在雨雪天氣、霧霾天氣等極端惡劣現(xiàn)象下,也可以對(duì)火情進(jìn)行監(jiān)管,真正實(shí)現(xiàn)森林防火工作的數(shù)字化,避免野外架線。也可以將衛(wèi)星遙感技術(shù)和無人機(jī)技術(shù)相結(jié)合,對(duì)非法砍伐、非法征地工作進(jìn)行調(diào)查取證,真正實(shí)現(xiàn)無人化空中巡檢,將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸回地面,將其作為依法辦案的有力證據(jù),第一時(shí)間鎖定違法行為,最大化維護(hù)森林資源安全,將發(fā)生違法行為的坐標(biāo)發(fā)布給森林公安,使其快速響應(yīng)和反饋,及時(shí)對(duì)違法行為進(jìn)行警告和制止,通過高空喊話和定位跟蹤等技術(shù)為林業(yè)管理提供強(qiáng)有力的證據(jù)。
綜上所述,在信息化技術(shù)的加持下,利用高科技手段可以提升森林資源管理水平,在無人機(jī)技術(shù)的使用下,工作人員通過全天候執(zhí)勤、自動(dòng)跟蹤、實(shí)時(shí)回傳異常數(shù)據(jù),對(duì)森林資源進(jìn)行調(diào)查,真正實(shí)現(xiàn)森林防火工作的數(shù)字化,降低病蟲害爆發(fā)概率。因此在今后工作中,營林技術(shù)人員應(yīng)該加大對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用,科學(xué)掌握林業(yè)生長信息,提升工作效率和準(zhǔn)確性。