无人机遥感在森林资源调查中的应用价值研究

邓文生

(广东省连山林场/广东鹰扬关森林公园管理处，广东 清远 513200)

1 引言

森林资源调查，可以对森林区域进行动态监测，也可以为林业管理方面提供一定的指导，从而促进林业发展。唐建明[1]阐述了对森林资源进行调查的原因，随着现代社会经济的不断发展，工业技术的进步对森林资源的发展产生的影响十分严重，如何更好地监测管理森林资源是一项关键问题。通过无人机遥感技术可以更加方便地监测和观察森林状态，而且无人机的侦查覆盖面积比较广，能有效提升森林资源管理的效率。本文针对无人机遥感技术、森林资源调查中应用无人机遥感技术的特点、作用和具体应用进行阐述。

2 无人机遥感技术

无人机遥感技术是由无人驾驶飞行技术、遥感传感器技术、遥感应用技术、GPS技术以及通信技术等多个部分组成，具有较强的综合性。无人机遥感技术可以在短时间内调查清楚森林资源的情况，获得具体信息数据。成亦文[2]和李维[3]两人均对无人机遥感技术进行了详细介绍。通过柳欣[4]的文章可知，无人机遥感技术具有成本低、耗能少、风险小的特点，而且还可以重复使用。这项技术在军事领域中的应用也是十分广泛的，在引进林业之前，主要的工作是侦查军事信息，随着我国科学技术的不断发展，它的使用范围也从原来的军事探查逐渐扩大至气象观测、资源探索等方面。

近些年无人机遥感技术在林业资源调查中的应用频率逐渐提升，通过无人机遥感技术对森林资源进行监控，可以有效预防森林火灾等自然灾害的发生，还可以对发生过自然灾害的地方进行监测，从而提升防控自然灾害的效率，避免森林资源的损失。另外，无人机遥感技术还可以对所在区域的生物环境进行探查、估算，能有效预防病虫害等问题，黄龙生[5]详细地阐述了无人机遥感技术的应用优点。

3 无人机遥感技术作用

3.1 森林资源调查

森林资源是我国覆盖面积最广的自然资源，调查森林资源可以帮助林业部门有效掌握森林资源状况，而使用无人机遥感技术可以提升调查效率和质量，使得林业部门可以更准确地掌握森林资源的变化趋势。程家芹[6]介绍了无人机遥感技术对森林资源的调查、生态环境的研究、森林火灾的预测以及水文状态的监测等方面的优势。而且应用无人机遥感技术可以有效的节省对应的资源，降低运作成本，在检测过程中还可以对相关植被进行区分，确定分布状态，提高森林资源的调查质量，李超[7]和张艳楠[8]认为无人机遥感技术可以降低成本，节省人力物力，降低人为因素对检测结果的影响。

3.2 生态环境调查

森林资源关乎我国各行各业的发展，与人们的日常生活息息相关。随着社会经济发展，我国自然资源的生态环境受到了一定的影响，近年来环境问题越发严重，也不符合可持续发展战略的要求。因此在调查森林资源时通过无人机遥感技术进行准确探查，可使有关部门准确掌握资源发展动向，从而保护环境。刘汉康[9]认为使用无人机遥感技术可以实时掌握森林资源的动态，对研究生态系统具有一定的帮助。

3.3 水文状况调查

调查水文状况的主要作用是保证森林资源不受洪水旱灾的影响，确保生态平衡。通过无人遥感技术调查水文状态，可以有效解决水土流失等问题。黄兴等[10]认为实施水文调查实际上可以在一定程度上预防洪水或者旱灾等灾害；山广君[11]也认为实施水文调查可以有效保护森林水土流失的情况。

3.4 预测火灾

冬季最常见的灾害就是火灾，需严防森林大火的发生。在林阳[12]和乔和爱[13]的文章中，阐述了无人机在预测火灾方面的价值，优点如下：①对火灾发生地点和覆盖区域进行监控，通过实时数据传输，为救火提供便利；②通过对应函数对森林火灾进行识别，实时探测火灾；③获取火灾图像，确定相似性度的指数，若大于0.08，则发生火灾，反之无火灾。贾慧[14]阐述了使用无人机技术对火灾的检测率为87.7%，说明使用无人机对于检测火灾具有极高的价值。还可以通过无人机的遥感技术，对发生森林火灾后的现场情况做协助调查和评估。

3.5 病虫害预防

虽然部分虫害并不会影响树木成长，但是有些虫害对树木成长的影响是非常严重的，甚至是不可逆的，因此针对病虫害方面的预防工作非常关键。潘琪[15]详细阐述了无人机对于预防病虫害的优点。通过无人机遥感技术，可以有效对森林环境进行监测，按照具体的树木情况采取相应的措施，通过合理控制病虫害，减少树木的损失，从而可以更科学地保护森林资源。在王云波等[16]举例了设置无人机的波段对预防柑橘黄龙病的效果。

3.6 获取生物信息

通过无人机遥感技术可以将信息数据转化为图像，对单木量进行评估，采用面向对象法对树冠面积进行数据分析和测量，创建对应的胸径模型，最后借助树生物量方程，预估树干的生物量，因为树干的胸径与直径之间是有一定关系的，通过树冠的直径能推算胸径大小，再通过生物量与胸径的关系对森林生物量进行推测，在赵东卫[17]的文章中使用无人机估测单木树高的精度达0.86。

无人机遥感技术主要是依赖可见光波段对其制备指数进行有效提取，通过这种方式可以大面积、大范围估算森林生物量，张军国[18]阐述了无人机对野生动物的数量和物种每年监测次数达上百次，对维护物种多样性有积极意义。徐振方[19]认为在无人机上搭载成像仪可以对相关区域进行全方位的调查和分析。荣泽山[20]指出无人机具有价格低廉、可大量部署、机体小巧、操作人员的技术要求较低、云层影响小、分辨率达厘米级等优点，能更准确的获得林业状况。

4 存在的技术问题

在开展森林资源调查时借助无人机遥感技术，加深了对森林资源的探索广度和深度，为林业发展奠定基础。就目前情况来说，虽然无人机遥感技术已经取得了一定的成果，但大多数的研究均是以数码相机或者激光雷达作为主要信息提取设备，而远红外遥感载荷、合成孔径雷达载荷以及高光谱成像载荷等技术设备的研究项目较少。通过无人机遥感技术对森林资源开展调查，仍然处于发展阶段，想要通过无人机遥感技术发挥更大的作用，还有部分技术问题需要解决：

4.1 无人机光学载荷

树木的纹理特征均比较相似，当通过影像实施空三加密时，其特征点匹配难度较大。无人机影像方面的研究一般侧重在单木的信息提取方面，对于林业的结构特征和空间分布特征方面的研究还有待加强，而且光学载荷的影像无穿透性，只可以获得森林植被表层上的信息，应将激光雷达影像和光学影像进行结合使用。

4.2 无人机红外遥感影像

目前大多数的研究是在红绿蓝3个可见光波段之外增添了红外波段，借此构建森林中多种植被的相关指数，进而提取生态环境信息。针对无人机机动性强这一特点，通过无人机红外遥感可以更迅速的对森林火灾和病虫害等影响森林环境的情况进行监测，因此在解决森林火灾指挥决策和病虫害监测治理等问题时可以进一步对无人机红外遥感技术进行探究。

4.3 无人机激光雷达

其特点是较强的距离、角度分辨力，能直接获得地表上的三维信息，对于测量树木高度和提取林分结构信息具有很大的优势。但是其缺点比较明显，就是数据量过大，而且森林中遮挡严重，通过激光雷达进行林分和单木分割时的算法不够完善，精度太低。而且激光雷达的数据可以同时运用回拨的波形信息和空间信息，所以对于波形信息在森林资源中的应用需要进行深入地探究和探讨。

4.4 无人机高光谱遥感

该技术具有光谱分辨率高、图谱合一、成像连接以及波段范围窄的特点，在森林资源中可用于森林植被的种类识别，探测植物生化参数以及探测病虫害信息等，但是轻小型的无人机系统在搭载高光谱相机时会因震动造成成像质量受损。因此在应用高光谱遥感技术监测森林资源时应加强机理研究。

5 建议

5.1 融入现代新型科技

当今各种信息技术在不断高速发展，如大数据、物联网等，这对于各个行业的发展都是有利的，拓宽了行业的发展途径。所以应该多参加一些新型科技的展示会或者学术研讨会，并招收一些高端科技的人才，建立专业的部门，共同探讨和研究如何将新型科技运用在森林资源的调查之中，从而取得更精准的信息。

5.2 降低人为因素对森林资源调查的影响

在测量树冠冠径时通过人工手动测量的数据相对精准，但是却使工作人员的工作量翻倍，而且容易出现误差。利用无人机遥感技术可以通过高清影像对调查对象进行扫描，通过科学的换算方式，从而得出单木参数，降低误差，进而减低工作人员的工作量，提升工作效率。

5.3 丰富模型种类

在通过无人机进行森林资源-树木参数调查时，应该针对不同树木的特点建立不同的模型，然后通过观察模型的不同之处，找出存在区别的部分，搞针对这种差别对树木样本进行评估，从而发现更多未知植被的存在和生长特点。

6 结语

无人机遥感的优势较为明显，分辨率达厘米级、不会受到重访周期和轨道的制约、可云下作业、响应能力为小时级别等，能在森林资源的调查、清查等方面进行广泛的应用。将各种传感器搭载于无人机之上，可有效获得地表的信息，但是因为载荷成像的条件和机理不同，影像间具有较大的差异，所以选用不同的传感器，实现优势互补。科技的进步将推动无人机的载荷技术的发展速度，应用无人机遥感技术调查森林资源时的作用范围也会更广阔，加速生态环境的建设步伐。