无人机遥感技术在松材线虫病监测预防中的应用及前景分析

闫 娜

(辽宁省朝阳市林业调查规划院，辽宁 朝阳 122000)

松材线虫病是一种毁灭性流行病，在当前世界森林病害类型中属于最具危险性的一类病害，在我国被作为头号林业疫情，一旦发生则对生态的危害达到重大级别[1]；松材线虫病发生后表现出很强的致病能力、致死速度快、以多种途径扩散传播、刚发病时监测难以发现且不易防治，因此松材线虫病的防治目前还属于世界性难题，防治上还没有高效、快捷、经济的方法。松树感染后一般在病源侵入后40d后导致松树死亡，松树林发生松材线虫病后如果防治不及时可在3-5年间导致整个松林的毁灭，因此被称为松树“癌症”。因此做好松材线虫病的监测预防工作，做到及时发现及时处置，才能最大程度的降低对林区的损失。近些年出现的无人机遥感技术可以很好地实现该病的全面监测，在松材线虫病早期的预防中发挥着积极的作用，避免该病的扩散蔓延呈现明显效果[2，3]。

1 无人机遥感技术简介

近些年我国社会经济发展水平较之前有了很大幅度的提高，一些新技术、新手段水平也相应提高，无人机等技术的研发力度也逐渐加强，类型更加丰富、技术开发程度更加深入。目前无人机按照型号可以分为4类：大型、中型、小型、微型；按照动力水平可分为4类：燃油、混合动力、太阳能、燃料电池；按照机器自身结构可分为2类，包括固定翼、旋翼。制作无人机的材料也在不断更新。目前应用较多的新材料包括玻璃纤维、碳纤维等，且该领域的研究还不断深入，逐渐往更小体系、更低噪音方面发展，在推进系统上积极探索新能源，以提高无人机的稳定性、延长其工作的续航时间。目前我国无人机中应用于数字航空测量领域的像素非常高，可以超过8000万以上，获得的照片精度非常高，包括彩色图片、红外图片。近些年快速发展的无人机遥感技术与高压缩比的图像技术比较常见，遥感的数据也可以分为2类，包括地上处理、机上实时处理，前一类处理方式下需要地面上提前进行数据接收站的建设，以接受无人机传送的数据等资料信息，除此之外地面的接收站还可针对遥感数据进行几何纠正，后一类处理方式下可以对无人机中遥感图像处理集成系统进行利用，定位待测量的遥感图形，可大幅度使遥感工作的效率得到提高。

2 无人机遥感技术在国内松材线虫病监测中的应用

2.1 针对性选择适合的无人机平台

当前我国的无人机平台有3种，包括固定翼无人机、多旋翼无人机、无人直升机，在松材线虫监测中应用较多的为多旋翼无人机，一般对于民用用途来说，此平台是首选平台，操作难度小、成本相对不高，虽然只能在较短的时间内进行巡航作业，但是目前在松材线虫病的监测中应用广泛。对于确定好的监测对象，通过利用无人机遥感技术即可获取到图像，之后通过综合运算、减法运算、比值运算等运算方法增强图像的清晰度、对比度等[2]。

除此之外，还要科学地选择好数据处理平台，目前各平台中应用最多的即为ArcGIS 平台，属于综合性平台，在信息处理方面具有很强的能力，系统兼容性强。结合当前国内松材线虫病监测的实际，无人机遥感技术的应用主要有图像分类法、目视判读法。一是图像分类法。此类方法即为对调查物的光谱特征进行利用，结合判别函数、计算机算法等，按照性质做好监测图像的分类，以便快速对图像做出正确的判断。二是目视判读法。此类方法也有人工判读法之称，即为通过人工的方法判读监测获得的遥感影像数据，并人工结合目标物的特征进行绘制，最终将监测图像中的有效信息提取出来。

2.2 结合松材线虫病感病不同阶段的特点实施光谱分析

松材线虫病的监测中目前推广的无人机遥感技术中可以实现多光谱仪技术的推广，将松树林间的高光谱数据进行清晰的获取，并结合光谱特征分析的结果做出其目前正处于松材线虫病发生在哪个阶段的判断。如在马尾松林内，运用无人机遥感技术，马尾松树的光谱明显分布在红光区、绿光区、近红外区，且变化较为规律，因此通过分析获得的光谱特征即可判断林间是否发生了松材线虫病的侵染以及发病的程度，又如在黑松林内，利用不同波长的光可以有效地预测不同松树的发病情况，包括发病的程度、重发的区域等。研究结果表明，通过无人机遥感技术的应用，通过593nm波长段光谱的应用，可以在松材线虫病刚发病时感知到早期的特征，进而判断松树是否染病。每年的8-9月监测松林内松材线虫病情况一般效果最好[2]。

2.3 无人机遥感技术应用于监测松材线虫病的情况分析

结合当前我国无人机遥感技术应用于松材线虫病监测的实际情况分析，某森林疫情的监测选择搭载了单反相机的小型无人机进行工作，实际监测工作中一般水平位置上变色立木误差平均值在12.65m，识别松树枯死情况，一般误差率平均在17.79%，调查松树变色立木数量情况，准确率平均在93.78%。目前我国北方地区在松材线虫病的监测中通过无人机遥感技术的应用，取得了较好的预测目标。通过无人机遥感技术，在大面积的松林内进行松材线虫病的监测也可以在短时间内完成，可以有序地推进松材线虫病监测工作的开展。监测松材线虫过程中，无人机遥感技术识别病害情况的方式还包括松材的纹理特征、颜色特征，结合监测的结果做出健康程度的判断，一般健康程度可分为3类，包括重度、中度、轻度。针对监测中识别的染病松树，相关人员及时开展销毁等措施，对控制该病的扩散蔓延比较有利[2]。

3 无人机遥感技术应用于松材线虫病防治中的前景分析

从多年来松材线虫病发生的实际情况分析，松树上一旦出现了松材线虫病，则可快速扩散，该病的蔓延可通过多种途径，且发病周期短，其在松林内发生后，可在较短时间导致松树林地的面积快速降低，导致巨大的经济及生态损失[1]。当前我国松树适合生长的区域包括东北地区、华东地区、华北地区、华南地区，松树的分布范围非常广泛，将先进无人机遥感技术加大力度应用于松材线虫病监测的实际工作中，成为松树分布区域林业工作者面临的亟待解决的问题。当前在松材线虫病监测中应用无人机遥感技术一般分布范围无法全面覆盖，监测点的分布一般为点状，且多数还是采取人工的方式进行监测，相对落后，受到松树分布地理环境及分布面积广等多种因素的影响，人工监测方法往往需要耗费大量的时间及精力，且监测的结果还很大程度上受到监测人员经验、责任心以及监测时的环境条件等因素的影响，降低了监测结果的准确性。近些年无人机遥感技术的逐年推广，可以实现松材线虫病等林间病虫害监测的全覆盖，快速实现多个角度、动态化、高效率监测，尽早发现病情、及早做好防控。结合当前无人机遥感技术应用的实际效果，未来技术人员可在稳定性、续航时间、平衡性等方面不断提高性能，且在现有图像获取及处理能力的基础上不断实现进一步提高，这就需要专业人员在遥感技术方面加大研究、继续完善[4,5]。

4 结语

在监测松材线虫病时通过无人机遥感技术的应用可以尽早发现病情、针对性防控。首先要科学选择无人机平台类型，结合实际需求做好飞行高度、半径等数据的调整，一般松材线虫侵染松树后可导致树体的光谱特征发生变化，此种变化特征通过遥感技术即可被分析得出松树是否感染松材线虫病，且从光谱特征变化还可以分析出松材线虫病感染的程度，从而为林业工作人员开展松材线虫病的防控提供参考，及时针对染病的松材做好销毁等处理，尽可能在短时间内将病症的扩散蔓延趋势控制住，确保健康松树的可持续生长[6]。