无人机在林业领域的应用前景

许 磊

（歙县林业局，安徽 歙县 245200）

1  无人机的概念、发展现状以及特性

1.1  无人机与相关技术概述

（1）无人机。无人机在飞行的过程中无需真人驾驶，通常来说，人们通过遥控设备与无人机控制程序对其进行手动操控，或利用车载计算机对无人机进行实时性或间歇性操控[1]。如图1所示，无人机一般由机体、机架、指挥控制系统、动力系统组成，从而能够实现对远距离飞行的无人机进行有效回收[2]。

图1 无人机的组成示意图

（2）无人机技术。人们在研究无人机技术时会对无人机的飞行原理、无人机操控流程、飞机内部构造、无人机修理技术等方面的基础知识和技能进行掌握，主要包括无人机驾驶操控、无人机数据处理、无人机遥感测绘等无人机技术，上述技术的研究不仅可以降低成本、简化操作、减少能耗，还可降低操作人员风险、节约人力和物力。

1.2  无人机发展现状

无人机最早出现于20世纪20年代的英国，之后主要被运用于军事领域，作为靶机或者进行侦察任务。随着技术持续进步和国际形势变化，20世纪末逐渐从军事向民用领域转移。我国无人机在民用领域起步晚，但很快进入高速发展阶段。2008年5月，汶川地震发生后，国家减灾中心运用“千里眼”无人机开展灾区遥感侦察，为灾情评估和救灾决策提供依据[3]。2013年6月3日，我国自主研发的Z5型无人直升机在内蒙古大兴安岭林区根河航空林业站首航，是我国中型无人机首次应用于林业行业[4]。随着微机电制造的进步，2010年云台技术开始在无人机上得到运用，民用消费级航拍无人机迎来了爆发式增长，2017年全球无人机的产量达到300万架，市场的规模达到60亿美元。

1.3  无人机的特性

（1）建造、使用成本低。无人机机体小，质量轻，造价低廉。与有人机相比，简单易操作，各方面的成本都大大降低，同时更小的体积，也带来了保存以及使用维护费用缩减，最多可以减少80%。

（2）操作员培养成本低。在对无人机操作员进行培训时，学员仅在虚拟座舱中对手柄或键盘进行操作即可完成学习流程，因此，与传统飞行员训练中产生的费用相比，无人机操作员的训练费用大幅度减少。同时，多架无人机仅可以通过一名操作员进行操控，综上无人机操作员的培养成本低。

（3）配置灵活。因为无人机的配置系统相对简单，因此可以衍生出适应各种环境的不同配置。既可以通过装备高分辨率的摄像机拍摄出清晰的林业影像图。也可以通过地面控制系统，全面合理设置无人机的飞行系统，更可以根据林业工作任务的不同进行模块分工，灵活调整，从而获得更全面的数据，满足多方面的需求。

（4）地勤要求更低，机动性更强。由于无人机起降相对容易，且场地要求低，因此无人机使用单位无需为其专门建设跑道，同时，地勤维修也是不必要的。此外，在无人机的回收方面，其能够直接在船舶、石油等平台上进行回收。

（5）安全风险低。由于无人机是通过设定的程序与远程操控飞行的，所以无人机操作人员不需要与无人机共同起降，虽然，目前的传统飞机已经采取了严格的安全措施，但是，机毁人亡等安全问题仍然存在。相比之下，无人机在飞行中最大的问题仅为无法回收，因此不存在人员伤亡等安全风险。

2  无人机在林业中的应用分析

与有人飞机相比，无人机具有成本低、易操作、机动性强，地勤要求低，节省财力物力等特点，更低的人员风险发生率，能更好地在林区、山区等复杂地形下开展工作，同时也改善了林业行业的工作条件、提高工作效率、进一步推进了林业现代化进程。

2.1  无人机在林业资源调查中的应用

林业作为我国社会经济发展的主要产业，以及生态环境的主要组成部分。开展全面的林业调查，有利于林业的保护和利用，并为林业发展提供各类数据以及理论支持。但是大面积的林业调查难度巨大，为了应对大面积的林业调查，我国先后采用了航空相片调查法、抽样调查法、计算机统计法、遥感技术调查法等等。于2003年开始，在全国范围采用SPOT5等高分辨率卫星数据开展森林资源调查，开启了森林资源航天遥感调查的热潮，并且目前各地在一类调查中已普遍采用“卫星数据+地面人工调查”的清查方式，取得了较好效果[5]。但受一些科技手段的限制，卫星也存在不少的弊端，更易受到天气等环境因素的影响、卫星图片分辨率低、更新周期长，实效性差、使用成本高。但通过无人机遥感航拍，可有效克服以上的缺点，同时还减轻了基层工作人员的工作负担，并且提高了林业调查的效率和质量。

2.2  无人机在森林病虫害防治中的应用

伴随着经济的全球化发展，人与人之间的流动性得到了进一步加强，同时，森林的利用率也逐渐增加，使得森林病虫害逐渐从自然传播转化为人为传播，近年来，森林中病虫害的发生面积逐渐增加，强度不断加大，而传统的人工监测方式无法通过客观的方式，将病虫害的动态发生情况全面及时地检测出来，使得传统方式无力面对大规模病虫害发生的情况，无法及时采取有效的防治措施。与传统人工方式比较，无人机通过航拍的方式，能够取得分辨率更好的森林影像，并能够探测出更加精确的森林病虫害相关数据，为森林病虫害的检测与预警工作提供有效助力。并且无人机具备机动、快速、适用范围广等优点，大大提高了有害生物监测预警效率，同时也节省了大量的人力、物力和财力。

随着越来越频繁的人口流动以及物流业的飞速发展，各类林业有害生物的人为传播愈发严重，造成了各类危险性林业有害生物发生频次增多，面积也逐年增大，人工防治的方式已无法满足当下森林病虫害防治的需求了。在此前提下，无人机空中喷洒药物防治应运而生，通过无人机开展病虫害防治工作，不仅能够有效降低病虫害防治成本，还能够做到均匀投放抗病虫害药物。同时，工作人员利用无人机能够对距离较远、高度较高的森林进行药物的投放，使得病虫害的防治效率得到大幅度提升。

2.3  无人机在森林火灾监测中的应用

在林业生产的过程中，森林火灾是重大灾害之一，无人机能够提高监测效率、补充监测手段，与传统的森林火灾监测相比，其具有无法比拟的优越性。目前，无人机在森林火灾的预防、监测、扑救，以及灾后评估等方面均得到了业界的广泛认可。可有效解决目前森林火灾监测上巡护不到位、监测有漏洞和发现不及时的问题。

因受山区、林区复杂的地形和薄弱的基础设施的影响，一旦发生森林火灾，低能见度，将严重影响乘坐有人机对火灾观察员对火情以及火势的正确判断，严重时还可能造成有人机驾驶员以及火灾观察员的人身安全，而无人机则可以完美解决这个问题，通过无人机所携带的高分辨率摄像机和影像传输系统，并通过微波信号的方式，向地面工作人员实时传递火场影响，高效准确的完成火情、火势观察任务，降低了危险性，快速进行火灾点辨别，为火情的后续扑救工作顺利开展提供了先决条件，所以说无人机是林业发展中必不可少的一环。

3  促进无人机在林业中进一步应用的建议

（1）进一步提升无人机前沿技术的开发效率。随着我国对无人机相关技术的研究日益成熟，其适用范围已从军事领域逐渐向各行各业扩大，例如气象、农业、林业、交通以及其他多个领域，而在无人机技术上也取得了重大突破，自动导航、遥感技术、空气动力学以及自动控制等都取得了长足的进步。

（2）加强无人机科研队伍建设。为确保无人机在林业生产中顺利发挥应有的作用，必须有专业的科技队伍作为技术支撑，确保林业生产的各项日常生产活动的顺利进行。但当前我国无人机还处在起步阶段，因此更需要加强科研队伍的建设，以期更快更好的发展。这就需要政府部门和相关部门通力合作，加大对无人机科研的支持、积极培训无人机技术相关人员工作以及完善各项相关制度建设等，使其能够更好地支持林业生产，从而促进林业产业向下一阶段进发。

4  无人机林业应用中的问题

4.1  续航能力及通信范围有待加强

在林业中应用的无人机的机体质量与运行时产生的负荷，使得无人机的续航能力较弱。然而，续航能力不强会导致无人机的整体性能受到严重影响。在无人机的使用过程中，不同的动力模块使得各类无人机的续航能力不尽相同，虽然，一部分无人机的实验室续航数据较为优秀，但在实际的使用过程中，受环境因素的影响，实际续航能力仅有理论续航能力的80%～90%，甚至在某些恶劣条件下，只有70%。同时无人机与地面控制平台仅有数米到数千米的有限通信距离。而以上的两点局限，在林业作业上尤为明显，导致无人机无法在林业中得到大规模应用。

4.2  较易受环境影响

无人机在开展林业相关工作时，面对的环境较为复杂，因此，业界对无人机的稳定性提出了更高的要求。而无人机的体积通常较小，导致其抗风性能差，因此，在实际的飞行过程中，无人机极易受到风力的影响，出现摆动、倾斜、颠簸等不稳定现象，严重者甚至会导致机载监测设备失灵，使得无人机的飞行安全受到影响。目前，在实际应用中，无人机操作员通常会在晨间操控无人机，以求降低对无人机飞行造成影响的不良因素的发生概率。然而，该做法也会导致无人机的图像采集设备出现成像干扰现象，严重降低了检测的准确度。

4.3  缺乏有效的监管机制

对无人机的合理监管和调控正逐渐成为世界各国的主要考虑对象，国内现行的航空法规已与当前无人机快速发展的形势不相适应，并且许多政策及标准存在空白。仅有中国民用航空局在2013年颁布的《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》的中提出了专供无人机使用的“隔离空域”，明确无人机实行分类管理，但同时又提出“有关融合空域部分待空管部门出台相关政策后方可实施”。但行业准入标准、无人机性能参数和飞行计划申报等方面的规定仍未明确。所以，要加强林业无人机监管相关的法规建设工作，并制定无人机操作员的职业能力考核方案[6]。

4.4  行业融合有限

无人机技术的发展迅猛，带来的不良后果就是不协调，与其他传统行业融合性不高，专业性无法满足各行业标准。这也使无人机陷入了尴尬境地，产品的定位和发展方向进入瓶颈期，以占据全球民用小型无人机70%以上市场份额的大疆公司（DJI-Innovations）为例，多数无人机产品已然沦为“大玩具”，少数几款与专业领域结合度较高的无人机，却因各方面的问题，市场潜力尚未打开。

但在2015年，国家制造强国建设战略咨询委员会发布了《〈中国制造2025〉重点领域技术路线图》，其中指出随着空域开放的不断推进，国内通用飞机、直升机和无人机市场巨大，到2025年无人机将在边境巡逻、治安反恐、农林牧渔、地图测绘、管线监测与维修、应急救援、摄影娱乐等领域大量应用，为无人机行业指明了专业应用的发展方向。