基于无人机下对森林资源动态监测分析——以九连山林场为例

吴明霞

（广东省九连山林场（广东九连山森林公园管理处），广东连平 517100）

无人机是无人驾驶飞行器的总称，可以用程序或无线电遥感来控制。一般来说，无人机的飞行高度约为4000m，全球定位系统及空中摄像设备可对地面图像或影像信息进行采集。目前，无人机已在许多领域得到广泛应用，如地理资源勘探、气象监测、农业或林业资源监测等，并已取得显著成果。将无人机应用于林业资源监测，是对传统林业资源监测方法的创新，传统林业资源主要采用人力资源监测，但由于人力资源监测的有效性，监测效果并不理想。

伴随着科学技术的不断发展，先进的高空摄像设备安装在无人机上，可以清晰获取地面林业资源的植被信息，对森林资源病虫害进行有效的监测和防治，及时掌握森林火灾发生地点及火情。应用无人驾驶飞机技术监测林业资源，不仅可以实施林业资源监测，而且可以减少人力资源支出，提高工作效率和质量。

1 无人机遥感技术在森林资源监测中的应用特点

1.1 主要类型是固定翼型无人机

根据无人驾驶飞机的翼型进行划分，可分为固定翼型和旋翼型，因为固定翼型没有旋转翼，因此，起飞时主要靠人力完成。无人驾驶飞机发射完毕后，会按照既定程序进行飞行，并开启高空摄像设备，将画面及时传送至控制室。由于有旋翼，旋翼无人机可以自行起飞，但其飞行高度受到限制，不能进行大规模的监视。九连山林场总面积达5686.67hm2，因此，森林监测主要采用固定翼无人机，可完成林场所有监测任务。

1.2 无人机遥感技术的构成

无人机系统主要由2 个部分构成：一是无人机机体；另一个是地面基站。地面基站主要负责设置无人机的监测路线，接收无人机传递回来的画面或视频，分析无人机传递回来的信息，并控制无人机的相关操作。无人机动力来源主要是汽油和发动机，也有依靠电池的机体，还有一部分无人机采用了新能源系统。在监测森林资源过程中，需要在无人机上装设摄像设备，比如，单反数码相机，以此拍摄林场情况，并及时传递给地面基站，然后再由地面基站发出指令。针对重点监测区域进行巡回检测，以便于管理人员获得及时准确的信息，为决策提供可靠的依据。

1.3 获取无人机遥感影像的技术流程

无人机在获取林业影像数据的过程中主要分为3个步骤，分别是前期内业准备、外业调查、后期内业处理。

1.3.1 前期内业准备。掌握林场的占地面积及主要树种，分析天气情况，尽量避开雷雨和大雾天气，选择无风或天气晴好的天气飞行。无人机航线设置尽量选择坡度较低、地势平缓的区域，目前，无人机大多采用2000 万像素的单反相机，能够实现摄影与摄像功能的切换。

1.3.2 外业调查。当无人机起飞后，就会进入程序设定的轨道飞行，单反相机也会自动开启摄像功能，有效检测地面林木。当无人机完成检测任务后，即可按照既定的程序返航，临近地面时可转换为人工控制降落。

1.3.3 后期内业处理。主要是地面基站对无人机信息进行基础的处理，分析无人机传递回来的图片或视频资料。由于无人机是在动态过程中拍摄，所以，存在一定误差，而且高空拍摄的视频需要进行技术转换，以便管理人员及时处理相关信息。九连山林场护林员21人，且年龄偏大，采用无人机监测形式，不仅节省了林场的人力资源，也提高了对林场的检测效果。

2 无人机遥感图像的信息提取及应用

2.1 提取森林生物量信息

一是采用低空飞行摄像的方式，对九连山林场的林业生物量进行科学预测，并从无人机拍摄的画面中提取一些单个的林木信息，结合实际情况进行科学分析，通过无人机技术，能够科学准确地计算出九连山林场的生物量。二是利用无人机低空飞行拍摄，在无人机传递回来的画面上，监控人员能够清晰地区别水稻田和蔬菜田，并能详细观察田园长势情况。三是利用无人机技术，估算出林场的其他生物信息。但是，由于无人机摄像精度还不是很理想，无法有效推算出林场的其他生物信息。总之，利用无人机监测设备，能有效估算林场内的植物情况，并能清晰掌握林场内的植物发展趋势，可为林场科学决策提供可靠的依据。

2.2 监测森林病虫害

利用无人机监测获得的影响资料，通过地面基站的科学分析，针对一些病死木或变色木进行有效分析，并集中清除，以提高林场经济效益和生态效益。另外，还能找出林业病虫害集中暴发的区域，科学分析、精准治疗，有效防止森林病虫害对森林资源造成破坏。具体方法：利用无人机遥感技术，采用非监督分类方法，即对图片相似的区域进行分类，然后再结合过去的视频史料进行对比，分析出林木变色或病死区域主要发生的病虫害，然后按照相关治疗方法，由相关人员进行有效治疗，可及时杀灭病虫害。

2.3 森林消防

火灾对森林资源的破坏是毁灭性的，所以，对火灾的预防和监控一直都是林场的重要工作内容之一。九连山林场在预防和检测森林火灾的过程中采用了无人机监测技术，提高了林场火灾的预警能力和定位能力，还能科学准确预判火灾之后的情况。通过无人机监测方式，排查重点监测区域，发现隐患及时报警，并提供火灾的具体地点，提高林场处理险情能力。通过实际工作证明，无人机监测火灾的准确率高达90%以上，是目前针对森林火灾预防的有效措施之一。不仅如此，无人机监测系统，还能对火灾之后的损失情况进行科学的调查和评估，有效提高森林保护质量和效率。

3 优势以及局限性

3.1 无人机遥感技术在林业应用中的优势

在森林资源监测方面，无人机技术与传统监测方式相比有显著的区别，主要优势有以下4 点。（1）无人机监测采集数据的形式更加丰富多样，能够以视频或图片等多种形式呈现出来。（2）无人机操作和使用方式简单，只需对林场相关技术人员进行培训，就能够有效操作无人机，对林场进行全面监测。（3）有效节省人力资源，提高工作效率。采用传统林业监测方式，如果完成对一片林场的监测，需要很多人，花费很长时间来完成，而采用无人机监测系统，只需要几个人、几个小时，就能够完成对林场的监测，而且信息更丰富，工作效率更高。技术人员可以根据实际情况，调整无人机飞行高度、路线及对重点区域进行重点监测。（4）能够挖掘到更多的生物信息，对预防森林火灾、森林病虫害、监测生物物种等都有显著效果。

3.2 无人机遥感技术在林业应用中的局限性

一是在利用无人机监测林场情况时，如果遇到林区高度密集的情况，就无法有效地获得森林资源的实际情况；二是由于无人驾驶飞机质量较轻，受天气因素影响较大，如遇大风、雷雨等，无法使用无人驾驶飞机监测设备；三是飞行稳定性并不理想，在飞行过程中经常会发生摇摆或颠簸，这会直接影响到图像或视频的清晰度；四是由于目前无人驾驶飞机还不够成熟，可以携带的设备相对有限，无法高精度提供地面监测信息；五是无人驾驶飞机在按程序规定的路线飞行时，易发生偏航现象，造成漏拍和重拍；六是利用无人机监测低密度林业资源时，由于树木间距大，在拍摄过程中易产生图像分割的情况，不利于地面基站管理人员掌握林业资源的真实情况；七是无人机有时无法精确获得高密度树木信息，这主要是因为无人机的摄像设备还不能有效穿透密林结构，因此，传送回来的影像或视频精度不理想，与实际数据存在差距。随着我国科技水平的不断提高，相信在不久的将来，无人机技术将取得重大突破，会逐步克服上述不足之处，更好地发挥无人机监测设备的优势和价值。

4 结语

总之，目前无人驾驶飞机技术日趋成熟，在林业资源监测与管理过程中使用无人驾驶飞机监测设备，不仅可以提高监测效率，而且可以降低人力资源消耗，发挥无人驾驶飞机技术低成本、高效率的特点，实现林业资源的全方位、立体化监测。但也应看到无人机技术存在的不足和劣势，主要是由于无人机装备效率较低，而且机身较轻，对天气条件依赖较强，不能满足某些高难度监测任务。在这方面无人机技术还需进一步加强技术应用与研发，加大无人机技术在森林资源动态监测中的应用力度，发挥其优势，更好地保障我国林业资源安全。