許 磊

（歙縣林業(yè)局，安徽 歙縣 245200）

1 ?無人機(jī)的概念、發(fā)展現(xiàn)狀以及特性

1.1 ?無人機(jī)與相關(guān)技術(shù)概述

（1）無人機(jī)。無人機(jī)在飛行的過程中無需真人駕駛，通常來說，人們通過遙控設(shè)備與無人機(jī)控制程序?qū)ζ溥M(jìn)行手動操控，或利用車載計算機(jī)對無人機(jī)進(jìn)行實(shí)時性或間歇性操控[1]。如圖1所示，無人機(jī)一般由機(jī)體、機(jī)架、指揮控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)組成，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對遠(yuǎn)距離飛行的無人機(jī)進(jìn)行有效回收[2]。

圖1 無人機(jī)的組成示意圖

（2）無人機(jī)技術(shù)。人們在研究無人機(jī)技術(shù)時會對無人機(jī)的飛行原理、無人機(jī)操控流程、飛機(jī)內(nèi)部構(gòu)造、無人機(jī)修理技術(shù)等方面的基礎(chǔ)知識和技能進(jìn)行掌握，主要包括無人機(jī)駕駛操控、無人機(jī)數(shù)據(jù)處理、無人機(jī)遙感測繪等無人機(jī)技術(shù)，上述技術(shù)的研究不僅可以降低成本、簡化操作、減少能耗，還可降低操作人員風(fēng)險、節(jié)約人力和物力。

1.2 ?無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

無人機(jī)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)20年代的英國，之后主要被運(yùn)用于軍事領(lǐng)域，作為靶機(jī)或者進(jìn)行偵察任務(wù)。隨著技術(shù)持續(xù)進(jìn)步和國際形勢變化，20世紀(jì)末逐漸從軍事向民用領(lǐng)域轉(zhuǎn)移。我國無人機(jī)在民用領(lǐng)域起步晚，但很快進(jìn)入高速發(fā)展階段。2008年5月，汶川地震發(fā)生后，國家減災(zāi)中心運(yùn)用“千里眼”無人機(jī)開展災(zāi)區(qū)遙感偵察，為災(zāi)情評估和救災(zāi)決策提供依據(jù)[3]。2013年6月3日，我國自主研發(fā)的Z5型無人直升機(jī)在內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)根河航空林業(yè)站首航，是我國中型無人機(jī)首次應(yīng)用于林業(yè)行業(yè)[4]。隨著微機(jī)電制造的進(jìn)步，2010年云臺技術(shù)開始在無人機(jī)上得到運(yùn)用，民用消費(fèi)級航拍無人機(jī)迎來了爆發(fā)式增長，2017年全球無人機(jī)的產(chǎn)量達(dá)到300萬架，市場的規(guī)模達(dá)到60億美元。

1.3 ?無人機(jī)的特性

（1）建造、使用成本低。無人機(jī)機(jī)體小，質(zhì)量輕，造價低廉。與有人機(jī)相比，簡單易操作，各方面的成本都大大降低，同時更小的體積，也帶來了保存以及使用維護(hù)費(fèi)用縮減，最多可以減少80%。

（2）操作員培養(yǎng)成本低。在對無人機(jī)操作員進(jìn)行培訓(xùn)時，學(xué)員僅在虛擬座艙中對手柄或鍵盤進(jìn)行操作即可完成學(xué)習(xí)流程，因此，與傳統(tǒng)飛行員訓(xùn)練中產(chǎn)生的費(fèi)用相比，無人機(jī)操作員的訓(xùn)練費(fèi)用大幅度減少。同時，多架無人機(jī)僅可以通過一名操作員進(jìn)行操控，綜上無人機(jī)操作員的培養(yǎng)成本低。

（3）配置靈活。因?yàn)闊o人機(jī)的配置系統(tǒng)相對簡單，因此可以衍生出適應(yīng)各種環(huán)境的不同配置。既可以通過裝備高分辨率的攝像機(jī)拍攝出清晰的林業(yè)影像圖。也可以通過地面控制系統(tǒng)，全面合理設(shè)置無人機(jī)的飛行系統(tǒng)，更可以根據(jù)林業(yè)工作任務(wù)的不同進(jìn)行模塊分工，靈活調(diào)整，從而獲得更全面的數(shù)據(jù)，滿足多方面的需求。

（4）地勤要求更低，機(jī)動性更強(qiáng)。由于無人機(jī)起降相對容易，且場地要求低，因此無人機(jī)使用單位無需為其專門建設(shè)跑道，同時，地勤維修也是不必要的。此外，在無人機(jī)的回收方面，其能夠直接在船舶、石油等平臺上進(jìn)行回收。

（5）安全風(fēng)險低。由于無人機(jī)是通過設(shè)定的程序與遠(yuǎn)程操控飛行的，所以無人機(jī)操作人員不需要與無人機(jī)共同起降，雖然，目前的傳統(tǒng)飛機(jī)已經(jīng)采取了嚴(yán)格的安全措施，但是，機(jī)毀人亡等安全問題仍然存在。相比之下，無人機(jī)在飛行中最大的問題僅為無法回收，因此不存在人員傷亡等安全風(fēng)險。

2 ?無人機(jī)在林業(yè)中的應(yīng)用分析

與有人飛機(jī)相比，無人機(jī)具有成本低、易操作、機(jī)動性強(qiáng)，地勤要求低，節(jié)省財力物力等特點(diǎn)，更低的人員風(fēng)險發(fā)生率，能更好地在林區(qū)、山區(qū)等復(fù)雜地形下開展工作，同時也改善了林業(yè)行業(yè)的工作條件、提高工作效率、進(jìn)一步推進(jìn)了林業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。

2.1 ?無人機(jī)在林業(yè)資源調(diào)查中的應(yīng)用

林業(yè)作為我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要產(chǎn)業(yè)，以及生態(tài)環(huán)境的主要組成部分。開展全面的林業(yè)調(diào)查，有利于林業(yè)的保護(hù)和利用，并為林業(yè)發(fā)展提供各類數(shù)據(jù)以及理論支持。但是大面積的林業(yè)調(diào)查難度巨大，為了應(yīng)對大面積的林業(yè)調(diào)查，我國先后采用了航空相片調(diào)查法、抽樣調(diào)查法、計算機(jī)統(tǒng)計法、遙感技術(shù)調(diào)查法等等。于2003年開始，在全國范圍采用SPOT5等高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展森林資源調(diào)查，開啟了森林資源航天遙感調(diào)查的熱潮，并且目前各地在一類調(diào)查中已普遍采用“衛(wèi)星數(shù)據(jù)+地面人工調(diào)查”的清查方式，取得了較好效果[5]。但受一些科技手段的限制，衛(wèi)星也存在不少的弊端，更易受到天氣等環(huán)境因素的影響、衛(wèi)星圖片分辨率低、更新周期長，實(shí)效性差、使用成本高。但通過無人機(jī)遙感航拍，可有效克服以上的缺點(diǎn)，同時還減輕了基層工作人員的工作負(fù)擔(dān)，并且提高了林業(yè)調(diào)查的效率和質(zhì)量。

2.2 ?無人機(jī)在森林病蟲害防治中的應(yīng)用

伴隨著經(jīng)濟(jì)的全球化發(fā)展，人與人之間的流動性得到了進(jìn)一步加強(qiáng)，同時，森林的利用率也逐漸增加，使得森林病蟲害逐漸從自然傳播轉(zhuǎn)化為人為傳播，近年來，森林中病蟲害的發(fā)生面積逐漸增加，強(qiáng)度不斷加大，而傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方式無法通過客觀的方式，將病蟲害的動態(tài)發(fā)生情況全面及時地檢測出來，使得傳統(tǒng)方式無力面對大規(guī)模病蟲害發(fā)生的情況，無法及時采取有效的防治措施。與傳統(tǒng)人工方式比較，無人機(jī)通過航拍的方式，能夠取得分辨率更好的森林影像，并能夠探測出更加精確的森林病蟲害相關(guān)數(shù)據(jù)，為森林病蟲害的檢測與預(yù)警工作提供有效助力。并且無人機(jī)具備機(jī)動、快速、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了有害生物監(jiān)測預(yù)警效率，同時也節(jié)省了大量的人力、物力和財力。

隨著越來越頻繁的人口流動以及物流業(yè)的飛速發(fā)展，各類林業(yè)有害生物的人為傳播愈發(fā)嚴(yán)重，造成了各類危險性林業(yè)有害生物發(fā)生頻次增多，面積也逐年增大，人工防治的方式已無法滿足當(dāng)下森林病蟲害防治的需求了。在此前提下，無人機(jī)空中噴灑藥物防治應(yīng)運(yùn)而生，通過無人機(jī)開展病蟲害防治工作，不僅能夠有效降低病蟲害防治成本，還能夠做到均勻投放抗病蟲害藥物。同時，工作人員利用無人機(jī)能夠?qū)嚯x較遠(yuǎn)、高度較高的森林進(jìn)行藥物的投放，使得病蟲害的防治效率得到大幅度提升。

2.3 ?無人機(jī)在森林火災(zāi)監(jiān)測中的應(yīng)用

在林業(yè)生產(chǎn)的過程中，森林火災(zāi)是重大災(zāi)害之一，無人機(jī)能夠提高監(jiān)測效率、補(bǔ)充監(jiān)測手段，與傳統(tǒng)的森林火災(zāi)監(jiān)測相比，其具有無法比擬的優(yōu)越性。目前，無人機(jī)在森林火災(zāi)的預(yù)防、監(jiān)測、撲救，以及災(zāi)后評估等方面均得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)可?？捎行Ы鉀Q目前森林火災(zāi)監(jiān)測上巡護(hù)不到位、監(jiān)測有漏洞和發(fā)現(xiàn)不及時的問題。

因受山區(qū)、林區(qū)復(fù)雜的地形和薄弱的基礎(chǔ)設(shè)施的影響，一旦發(fā)生森林火災(zāi)，低能見度，將嚴(yán)重影響乘坐有人機(jī)對火災(zāi)觀察員對火情以及火勢的正確判斷，嚴(yán)重時還可能造成有人機(jī)駕駛員以及火災(zāi)觀察員的人身安全，而無人機(jī)則可以完美解決這個問題，通過無人機(jī)所攜帶的高分辨率攝像機(jī)和影像傳輸系統(tǒng)，并通過微波信號的方式，向地面工作人員實(shí)時傳遞火場影響，高效準(zhǔn)確的完成火情、火勢觀察任務(wù)，降低了危險性，快速進(jìn)行火災(zāi)點(diǎn)辨別，為火情的后續(xù)撲救工作順利開展提供了先決條件，所以說無人機(jī)是林業(yè)發(fā)展中必不可少的一環(huán)。

3 ?促進(jìn)無人機(jī)在林業(yè)中進(jìn)一步應(yīng)用的建議

（1）進(jìn)一步提升無人機(jī)前沿技術(shù)的開發(fā)效率。隨著我國對無人機(jī)相關(guān)技術(shù)的研究日益成熟，其適用范圍已從軍事領(lǐng)域逐漸向各行各業(yè)擴(kuò)大，例如氣象、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通以及其他多個領(lǐng)域，而在無人機(jī)技術(shù)上也取得了重大突破，自動導(dǎo)航、遙感技術(shù)、空氣動力學(xué)以及自動控制等都取得了長足的進(jìn)步。

（2）加強(qiáng)無人機(jī)科研隊伍建設(shè)。為確保無人機(jī)在林業(yè)生產(chǎn)中順利發(fā)揮應(yīng)有的作用，必須有專業(yè)的科技隊伍作為技術(shù)支撐，確保林業(yè)生產(chǎn)的各項(xiàng)日常生產(chǎn)活動的順利進(jìn)行。但當(dāng)前我國無人機(jī)還處在起步階段，因此更需要加強(qiáng)科研隊伍的建設(shè)，以期更快更好的發(fā)展。這就需要政府部門和相關(guān)部門通力合作，加大對無人機(jī)科研的支持、積極培訓(xùn)無人機(jī)技術(shù)相關(guān)人員工作以及完善各項(xiàng)相關(guān)制度建設(shè)等，使其能夠更好地支持林業(yè)生產(chǎn)，從而促進(jìn)林業(yè)產(chǎn)業(yè)向下一階段進(jìn)發(fā)。

4 ?無人機(jī)林業(yè)應(yīng)用中的問題

4.1 ?續(xù)航能力及通信范圍有待加強(qiáng)

在林業(yè)中應(yīng)用的無人機(jī)的機(jī)體質(zhì)量與運(yùn)行時產(chǎn)生的負(fù)荷，使得無人機(jī)的續(xù)航能力較弱。然而，續(xù)航能力不強(qiáng)會導(dǎo)致無人機(jī)的整體性能受到嚴(yán)重影響。在無人機(jī)的使用過程中，不同的動力模塊使得各類無人機(jī)的續(xù)航能力不盡相同，雖然，一部分無人機(jī)的實(shí)驗(yàn)室續(xù)航數(shù)據(jù)較為優(yōu)秀，但在實(shí)際的使用過程中，受環(huán)境因素的影響，實(shí)際續(xù)航能力僅有理論續(xù)航能力的80%～90%，甚至在某些惡劣條件下，只有70%。同時無人機(jī)與地面控制平臺僅有數(shù)米到數(shù)千米的有限通信距離。而以上的兩點(diǎn)局限，在林業(yè)作業(yè)上尤為明顯，導(dǎo)致無人機(jī)無法在林業(yè)中得到大規(guī)模應(yīng)用。

4.2 ?較易受環(huán)境影響

無人機(jī)在開展林業(yè)相關(guān)工作時，面對的環(huán)境較為復(fù)雜，因此，業(yè)界對無人機(jī)的穩(wěn)定性提出了更高的要求。而無人機(jī)的體積通常較小，導(dǎo)致其抗風(fēng)性能差，因此，在實(shí)際的飛行過程中，無人機(jī)極易受到風(fēng)力的影響，出現(xiàn)擺動、傾斜、顛簸等不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重者甚至?xí)?dǎo)致機(jī)載監(jiān)測設(shè)備失靈，使得無人機(jī)的飛行安全受到影響。目前，在實(shí)際應(yīng)用中，無人機(jī)操作員通常會在晨間操控?zé)o人機(jī)，以求降低對無人機(jī)飛行造成影響的不良因素的發(fā)生概率。然而，該做法也會導(dǎo)致無人機(jī)的圖像采集設(shè)備出現(xiàn)成像干擾現(xiàn)象，嚴(yán)重降低了檢測的準(zhǔn)確度。

4.3 ?缺乏有效的監(jiān)管機(jī)制

對無人機(jī)的合理監(jiān)管和調(diào)控正逐漸成為世界各國的主要考慮對象，國內(nèi)現(xiàn)行的航空法規(guī)已與當(dāng)前無人機(jī)快速發(fā)展的形勢不相適應(yīng)，并且許多政策及標(biāo)準(zhǔn)存在空白。僅有中國民用航空局在2013年頒布的《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》的中提出了專供無人機(jī)使用的“隔離空域”，明確無人機(jī)實(shí)行分類管理，但同時又提出“有關(guān)融合空域部分待空管部門出臺相關(guān)政策后方可實(shí)施”。但行業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)、無人機(jī)性能參數(shù)和飛行計劃申報等方面的規(guī)定仍未明確。所以，要加強(qiáng)林業(yè)無人機(jī)監(jiān)管相關(guān)的法規(guī)建設(shè)工作，并制定無人機(jī)操作員的職業(yè)能力考核方案[6]。

4.4 ?行業(yè)融合有限

無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展迅猛，帶來的不良后果就是不協(xié)調(diào)，與其他傳統(tǒng)行業(yè)融合性不高，專業(yè)性無法滿足各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這也使無人機(jī)陷入了尷尬境地，產(chǎn)品的定位和發(fā)展方向進(jìn)入瓶頸期，以占據(jù)全球民用小型無人機(jī)70%以上市場份額的大疆公司（DJI-Innovations）為例，多數(shù)無人機(jī)產(chǎn)品已然淪為“大玩具”，少數(shù)幾款與專業(yè)領(lǐng)域結(jié)合度較高的無人機(jī)，卻因各方面的問題，市場潛力尚未打開。

但在2015年，國家制造強(qiáng)國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會發(fā)布了《〈中國制造2025〉重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》，其中指出隨著空域開放的不斷推進(jìn)，國內(nèi)通用飛機(jī)、直升機(jī)和無人機(jī)市場巨大，到2025年無人機(jī)將在邊境巡邏、治安反恐、農(nóng)林牧漁、地圖測繪、管線監(jiān)測與維修、應(yīng)急救援、攝影娛樂等領(lǐng)域大量應(yīng)用，為無人機(jī)行業(yè)指明了專業(yè)應(yīng)用的發(fā)展方向。