摘 要 為提高無人機(jī)森林資源調(diào)查的準(zhǔn)確度，以廣西國(guó)有三門江林場(chǎng)的無人機(jī)遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用為例，探討其在森林調(diào)查規(guī)劃、林業(yè)有害生物監(jiān)控及森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)等方面的應(yīng)用效果及存在的不足。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，目前三門江林場(chǎng)在森林資源調(diào)查中使用無人機(jī)遙感技術(shù)存在自動(dòng)拍照模式缺乏靈活度和針對(duì)性，易受地形、天氣等因素影響而降低衛(wèi)星信號(hào)等問題，因此提出靈活選用航拍模式，采用“對(duì)坡勾圖”方式避免信號(hào)降低，充分考慮天氣與人為因素等對(duì)策。

關(guān)鍵詞 無人機(jī)；遙感技術(shù)；森林資源調(diào)查；應(yīng)用；廣西國(guó)有三門江林場(chǎng)

中圖分類號(hào)：S757.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.22.044

森林資源調(diào)查主要是針對(duì)林地、林木及林區(qū)范圍內(nèi)的動(dòng)植物及林地環(huán)境條件等調(diào)查對(duì)象而進(jìn)行的一種林業(yè)調(diào)查，并對(duì)土地與森林資源的現(xiàn)狀進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)地清查，包括森林資源數(shù)量、質(zhì)量、生長(zhǎng)及消亡規(guī)律等，結(jié)合森林調(diào)查結(jié)果制定合理有效的林業(yè)政策，包括森林林種類型、規(guī)模及比例，為林業(yè)造林計(jì)劃奠定基礎(chǔ)，保障人工造林規(guī)劃的科學(xué)性，提高森林資源的利用率，減少森林資源的浪費(fèi)[1]。

目前，林業(yè)調(diào)查中常用的調(diào)查方式包括目測(cè)、抽樣、遙感等。目測(cè)和抽樣的林業(yè)調(diào)查方式需要耗費(fèi)大量的人力物力，同時(shí)易受主觀因素的影響，因此不適用于大面積的林業(yè)調(diào)查。而遙感技術(shù)是基于全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System， GPS）、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）等無線通信技術(shù)的監(jiān)測(cè)調(diào)查技術(shù)，能減少人為因素引起的誤差，提高林業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)的客觀性[2]。無人機(jī)遙感技術(shù)是基于無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、通信技術(shù)等綜合技術(shù)，用以獲取精準(zhǔn)的國(guó)土、資源、環(huán)境等空間遙感信息，具有低成本、低損耗、可循環(huán)使用、誤差小、風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)點(diǎn)，在林業(yè)資源調(diào)查中逐漸得到重視和應(yīng)用。

1 三門江林場(chǎng)森林資源調(diào)查中無人機(jī)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 三門江林場(chǎng)概況

廣西位于我國(guó)地勢(shì)第二臺(tái)階中云貴高原東南邊緣，西北高、東南低，呈西北向東南傾斜狀，山嶺連綿、山體龐大、嶺谷相間，其中山地面積占全區(qū)總面積將近40%，且桂中地區(qū)以連片的喀斯特地貌廣泛分布為主，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限。而廣西國(guó)有三門江林場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱三門江林場(chǎng)）位于廣西中部地區(qū)，地跨柳州市城中區(qū)、鹿寨縣和來賓市象州縣，場(chǎng)內(nèi)和場(chǎng)外的林地地貌以丘陵、中山、低山為主，且以中、低丘和石山、土山交叉分布，場(chǎng)內(nèi)林地平均海拔為200 m，場(chǎng)外林地海拔在600～800 m[3]。

1.2 無人機(jī)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

由于三門江林場(chǎng)的經(jīng)營(yíng)面積廣，且經(jīng)營(yíng)林地的地形復(fù)雜多樣，外業(yè)調(diào)查工作任務(wù)重，尤其在夏季高溫多雨季節(jié)執(zhí)行森林資源外業(yè)調(diào)查工作，單純依靠傳統(tǒng)的林業(yè)調(diào)查方式實(shí)地勘測(cè)和考察，不僅工作效率低，還需要耗費(fèi)大量的人力物力，同時(shí)對(duì)外業(yè)調(diào)查人員的人身安全還存在一定的威脅。而采用無人機(jī)執(zhí)行森林資源調(diào)查工作，借助無人機(jī)深入偏僻危險(xiǎn)區(qū)域，再利用GPS定位及遙感技術(shù)，將監(jiān)測(cè)區(qū)域以圖片或視頻的形式清晰地展現(xiàn)，包括林地的坡度大小、地面情況等，并結(jié)合相關(guān)的數(shù)據(jù)形成三維立體的模型，可顯著提高森林資源信息的全面性和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的建模和應(yīng)用分析，提高森林資源外業(yè)調(diào)查的工作質(zhì)量和工作效率，大大節(jié)約人力物力和時(shí)間成本。

2 三門江林場(chǎng)森林資源調(diào)查無人機(jī)應(yīng)用實(shí)例

2020年3月3日，三門江林場(chǎng)購入18臺(tái)大疆精靈Phantom 4RTK無人機(jī)，無人機(jī)保有量增至26臺(tái)，實(shí)現(xiàn)營(yíng)林生產(chǎn)單位配備全覆蓋，主要用于森林資源管護(hù)、森林防火監(jiān)控等業(yè)務(wù)[4]。

2.1 森林調(diào)查規(guī)劃

無人機(jī)在森林調(diào)查、監(jiān)測(cè)及規(guī)劃中的應(yīng)用，主要是通過具有攝像功能的無人機(jī)設(shè)備及遙感技術(shù)，對(duì)目標(biāo)林地區(qū)域進(jìn)行影像圖片和視頻的拍攝和捕捉，為林業(yè)調(diào)查工作人員提供高清且豐富的影像圖片和視頻資料。利用無人機(jī)遙感技術(shù)調(diào)查的數(shù)據(jù)通過無線信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸?shù)缴仲Y源調(diào)查系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的林地覆蓋情況、森林資源動(dòng)態(tài)變化等進(jìn)行精準(zhǔn)地測(cè)量、監(jiān)測(cè)和反映。如通過人工地面隨機(jī)調(diào)查的方式對(duì)無人機(jī)監(jiān)測(cè)枯死松樹的準(zhǔn)確度進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)無人機(jī)檢查枯死松樹的準(zhǔn)確度為95%[5]。因此，采用無人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)林地、林木高準(zhǔn)確度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

三門江林場(chǎng)利用GPS和遙感（Remote Sensing，RS）技術(shù)，通過構(gòu)建森林資源和環(huán)境資源調(diào)查數(shù)據(jù)庫，基于各項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)的合理分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)GPS位置數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)庫、RS圖像與面板數(shù)據(jù)內(nèi)容數(shù)據(jù)整合，利用“3S”信息系統(tǒng)與無人機(jī)遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)林業(yè)數(shù)據(jù)的采集及處理。如成功對(duì)2020年全年生產(chǎn)計(jì)劃40萬m3的木材進(jìn)行伐區(qū)數(shù)據(jù)的調(diào)查；通過“3S”信息系統(tǒng)與無人機(jī)遙感技術(shù)完成伐區(qū)調(diào)查設(shè)計(jì)面積共計(jì)3 518.1 hm2；協(xié)助林場(chǎng)職能部門完成林地收購調(diào)查面積1.6萬hm2，約占林場(chǎng)總經(jīng)營(yíng)面積的1/4[6]。

2.2 林業(yè)有害生物監(jiān)控

林業(yè)有害生物是森林中常見的自然災(zāi)害之一，主要包括病、蟲、雜草等有害生物，可對(duì)林業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。2022年廣西全區(qū)林業(yè)有害生物發(fā)生總面積為36.58萬hm2，占廣西全區(qū)森林總面積的2.5%，同比增加3.44%；發(fā)生率為3.94%，其中成災(zāi)面積達(dá)2.32萬hm2[7]。傳統(tǒng)人工監(jiān)控模式存在工作難度和強(qiáng)度大的缺點(diǎn)，尤其對(duì)于偏遠(yuǎn)山區(qū)林業(yè)有害生物的監(jiān)測(cè)而言，其環(huán)境復(fù)雜度和監(jiān)測(cè)樣地可達(dá)性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)難于平原地區(qū)。而采用無人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)林業(yè)有害生物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一般是搭載攝像設(shè)備對(duì)目標(biāo)區(qū)域的有害生物進(jìn)行檢查和系統(tǒng)分析，能夠及時(shí)、精確地了解目標(biāo)區(qū)域的有害生物發(fā)生類型及受害程度，并予以針對(duì)性的防治措施，減少有害生物造成的林業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。

2020年10月1日—11月15日，三門江林場(chǎng)采用無人機(jī)航拍、PDA調(diào)查系統(tǒng)等方式，通過森防站聯(lián)合基層各單位對(duì)十二灣、導(dǎo)江、江口、馬步、龍母及大朋等6個(gè)分場(chǎng)開展2020年秋季薇甘菊普查工作，普查面積超過1萬hm2，實(shí)現(xiàn)林區(qū)監(jiān)測(cè)全覆蓋[8]。

2.3 森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)

與其他的自然災(zāi)害相比，由于森林火災(zāi)具有突發(fā)性強(qiáng)和破壞性大的特征，救援難度與影響程度大。采用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)無法識(shí)別小面積火情，尤其易受地形、天氣等因素的影響，監(jiān)測(cè)難度大。而無人機(jī)遙感技術(shù)更加靈活、快速和準(zhǔn)確，能夠?qū)崿F(xiàn)較大范圍的不同發(fā)生程度的森林火情監(jiān)測(cè)。此外，利用無人機(jī)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，可有效擴(kuò)大森林防火宣傳覆蓋范圍，如2020年4月，三門江林場(chǎng)首次使用無人機(jī)在所管轄林區(qū)循環(huán)播放森林用火安全提示，宣傳覆蓋16個(gè)村屯，面積達(dá)1 200 hm2，飛行往返次數(shù)20余次[9]。

為強(qiáng)化林業(yè)科技支撐，三門江林場(chǎng)通過“人防+技防”“空中+地面”相結(jié)合的方式進(jìn)行巡山防火，除常規(guī)望火樓瞭望員24 h值班瞭望、護(hù)林員分組分區(qū)分片巡護(hù)外，運(yùn)用無人機(jī)開展森林防火巡護(hù)。利用“水印相機(jī)”APP定位功能，要求巡護(hù)人員定期拍攝巡護(hù)林區(qū)情況，讓林區(qū)情況可視化、更直觀，實(shí)現(xiàn)信息更新更加精準(zhǔn)高效[10]。

3 存在的不足

3.1 自動(dòng)拍照模式缺乏靈活度和針對(duì)性

目前，三門江林場(chǎng)利用無人機(jī)在野外調(diào)查拍照作業(yè)共有兩種拍照模式，分別為自動(dòng)拍照和手動(dòng)拍照，其中自動(dòng)拍照模式是無人機(jī)在規(guī)劃好的預(yù)設(shè)航線中自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)，拍攝的影像資料能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)電腦合成，通過ArcGIS軟件準(zhǔn)確勾繪有林范圍并計(jì)算面積，實(shí)際應(yīng)用頻率較高；手動(dòng)拍照模式則是通過人為手動(dòng)的方式利用無人機(jī)在目標(biāo)區(qū)域拍照，手動(dòng)拍攝的影像資料只能通過照片判斷有林范圍，易受主觀因素的影響。但使用手動(dòng)拍照模式能夠在現(xiàn)場(chǎng)清晰地看到林地實(shí)際情況，提高監(jiān)測(cè)的靈活性和針對(duì)性，對(duì)存在異議處可當(dāng)場(chǎng)確認(rèn)，有效避免將其他林地劃入；而自動(dòng)拍照模式由于是預(yù)先設(shè)定航線，在實(shí)際應(yīng)用中缺乏針對(duì)性和靈活性。

3.2 易受地形因素影響而降低衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度

由于三門江林場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)和場(chǎng)外的林地地貌以丘陵、中山、低山為主，且各種地貌交叉分布，走向錯(cuò)綜復(fù)雜，無人機(jī)在森林資源調(diào)查中易受到植被與地形等區(qū)域因素的影響，干擾衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)而會(huì)影響遙控器對(duì)飛行器的控制，導(dǎo)致不能正常完成作業(yè)或?qū)嶋H獲取的森林資源信息有一定的誤差。

3.3 無人機(jī)自重過輕易受風(fēng)力影響

部分無人機(jī)自身重量較輕，在其飛行到一定的高度時(shí)，易受高空中的風(fēng)力影響，造成無人機(jī)偏離原定的飛行航線，而且由于無人機(jī)的飛行狀態(tài)不穩(wěn)定，最終對(duì)其拍攝影像的清晰度造成影響。

4 優(yōu)化對(duì)策

4.1 靈活選用航拍模式

在實(shí)際的森林資源調(diào)查中，可根據(jù)林業(yè)調(diào)查的實(shí)際需要，對(duì)于面積超過330 hm2的林地，可優(yōu)先考慮采用自動(dòng)預(yù)設(shè)模式；對(duì)于小范圍或存疑的林地，可采用手動(dòng)模式。此外，在條件允許的情況下，綜合應(yīng)用兩種航拍模式，以提高森林調(diào)查數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度和真實(shí)性。

4.2 采用“對(duì)坡勾圖”方式避免信號(hào)降低

在無人機(jī)作業(yè)時(shí)，應(yīng)盡量選在所要進(jìn)行作業(yè)的林地中心點(diǎn)，或在空曠的林地邊、山頂上，作業(yè)路徑為直線到對(duì)面的山頂或者空曠的地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)“對(duì)坡勾圖”，并適當(dāng)將飛行器的飛行距離和高度調(diào)遠(yuǎn)、調(diào)高，使遙控器和飛行器能更好地連接，以避免信號(hào)降低而影響成像質(zhì)量。

4.3 充分考慮天氣與人為因素

在森林資源調(diào)查工作中使用無人機(jī)進(jìn)行森林?jǐn)?shù)據(jù)采集時(shí)，應(yīng)盡可能避免大風(fēng)天氣，從而避免由于天氣而影響最終調(diào)查的成像信息。此外，通過對(duì)無人機(jī)操作人員的定期培訓(xùn)，提高操作技能和水平，降低人為因素引起的數(shù)據(jù)采集誤差。

5 結(jié)語

總而言之，無人機(jī)遙感技術(shù)由于其便捷性、安全性、準(zhǔn)確性已然成為森林資源調(diào)查的發(fā)展趨勢(shì)。在實(shí)際的應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合需要，因地制宜，綜合考慮天氣因素，靈活選用航拍模式，采用“對(duì)坡勾圖”方式避免信號(hào)降低，減少客觀和主觀因素導(dǎo)致的成像質(zhì)量下降，以提高無人機(jī)森林資源調(diào)查的準(zhǔn)確度。

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（責(zé)任編輯：張春雨）