无人机遥感技术在广西森林资源调查中的应用及建议

陈浩梁

摘 要 受森林火灾、林业有害生物等因素影响，广西森林生态建设受到严重威胁。无人机遥感技术在森林资源调查中的应用能实现森林资源的实时监测，提高森林作业的准确性，减少人力成本。为加快无人机在森林资源调查领域的应用，基于广西地形地貌等环境条件和森林资源概况，阐述了无人机遥感技术在森林资源调查中的应用必要性，介绍了无人机在森林有害生物调查和监测、森林火灾调查和监测及林业勘测与规划等方面的实际应用，总结了存在的问题，提出加强操控人员的技术培训、结合无人机自身特性灵活选用航拍模式等优化策略。

关键词 森林资源调查；无人机；遥感技术；应用；广西

中图分类号：S757.2 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.20.078

广西森林资源是我国森林资源的重要组成部分，由于广西森林面积广、密度大，且广西地处云贵高原向两广丘陵的过渡地带，山多地少，地形复杂多样，在森林调查及监测方面存在一定的困难。传统的人工调查方式已经远远不能满足新时期对森林资源保护的要求。

近年来，随着无人机在林业调查中的应用，其作为一种新型的获取数据源的技术装备，以其成本低、轻便灵活、方便安全、快速获取高分辨率影像等优势，弥补了传统卫星遥感影像分辨率低的不足。无人机技术在森林资源调查、植树造林、野生动物种群监测、荒漠化监测、森林火灾监测和森林病虫害监测与防治等林业工作中的应用，可以有效减少工人工作量，实现森林资源的实时监测，大大提高森林作业的准确性，有效预防森林火灾，提高应急能力。

无人机遥感技术是综合了小型无人机、遥感传感器、通信等技术优势，具有低成本、高效率、高准确度、高安全性等优点，能够及时、准确掌握森林的土地、资源、环境等空间遥感信息的快速、有效的调查技术方式，在林业调查中的应用日益广泛。

1 广西森林调查中无人机应用的必要性

1.1 广西地貌概况

广西处于我国云贵高原与两广丘陵的过渡地带，整体地势呈西北高东南低。广西以山地丘陵盆地地貌为主，根据广西统计局2020年发布的数据，广西海拔400 m以上的山地占全区土地总面积的39.7%，海拔200～400 m的丘陵占全区土地总面积的10.3%，石山占全区土地总面积的19.7%，而平原仅占全区土地总面积的20.6%[1]。由此可见，广西的地形地貌以山多地少为主，仅中山、低山、丘陵和石山的面积就占广西全区陆地面积的70.8%，此外，广西的石灰岩地层分布广，岩层厚，褶纹断裂发育，为典型的岩溶地貌地区。

1.2 无人机应用的必要性

根据广西统计局公布的最新数据，截至2022年底，广西全区森林面积达1 486.8万hm2，森林覆盖率达62.56%，全区自然保护区多达78个，面积达125.83万hm2。

广西拥有丰富森林资源的同时，还是我国木材主产区，2022年广西全区木材产量4 864.97萬m3，占全国全年木材总产量的45.5%[2-3]。

根据国家统计局公布的相关数据，2021年全国森林火灾发生次数616次，火场总面积为14 124 hm2，受害森林面积为4 457 hm2，并造成其他经济损失达3 324.1万元；其中广西森林火灾发生次数达97次，占全国总数的15.75%，火场总面积为1 181 hm2，受灾森林面积为495 hm2，造成其他经济损失156.6万元。仅“十二五”期间，广西全区共发生森林火灾2 249起，受害森林面积总量达5.25万hm2；“十三五”期间，广西全区有86个县（市、区）列为全国一级火险县，由此可见，广西的森林防灭火形势十分严峻[4]。此外，2021年全国林业有害生物发生面积达1 255.37万hm2，其中广西林业有害生物发生面积为35.21万hm2，占全国总发生面积的2.8%[5]。

因此，广西森林资源的保护与科学合理开发对我国的森林生态建设及木材安全具有重要意义。过去传统的有害生物监测采用人工方式完成，由于林地面积大，地形复杂，传统人工森林外业调查对有害生物监测范围及准确性有限；且广西多低山，尤其是石山面积占广西全区土地总面积近20%，传统人工外业调查存在一定安全隐患。随着航天技术的发展，森林调查可以采用传统卫星遥感技术来解决森林资源调查工作量大、任务重等问题，但由于卫星遥感技术的影像分辨率低，且易受到云层、数据质量和返回周期限制的影响，不可避免地降低了森林资源信息采集的准确性和时效性[6]。

而将无人机遥感技术应用在森林资源管理和调查中，利用无人机高分辨率的监测技术，可精确定位枯死木、变色树、异常林分，能及时发现病虫害，大大提高了林业有害生物普查的工作效率，可为林业有害生物预测预报提供及时科学有效的依据。此外，通过无人机遥感技术还能对林地面积、株行距、公顷株数、成活率、保存率及林区道路等进行调查，大大增加了林地现状的可视性，降低防火高峰时段的巡防压力，并让护林员能从更多的视角全面掌握森林资源信息和巡护工作进展，大大提高了森林资源管理和调查的工作效率，提高森林资源外业调查的安全性。

2 广西森林资源调查无人机应用领域

2.1 森林有害生物调查和监测

广西不仅森林资源丰富，也是森林有害生物的多发地。为提高森林有害生物的监测效果，减少有害生物对森林造成的损失，2015年7月，广西首次在玉林市兴业县和百色市西林县两地启动无人机监测林业有害生物0.67万hm2[7]。此外，2021年7月30日，广西国有黄冕林场首次运用多光谱无人机对板勒分场拉聋林地桉树黄化疫情进行监测，调查面积30.92 hm2，基于叶片反射光谱提取模型进行病态特征波段提取、识别，生成统计信息，经过数据核查形成分析报告[8]。截至2023年4月，广西梧州市无人机数量为40多台，且每年开展病虫害飞防面积约为1.47万hm2[9]。基于无人机遥感技术和大数据处理技术，能够快速、准确、有效地对林业有害生物进行评估和判断，实现智能化、精准化的林业有害生物监测。

2.2 森林火灾调查和监测

广西是森林资源大省（区），同时是森林火灾的多发区，2021年广西全区森林火灾发生次数占全国总数的15.75%，且广西每年重点森林防火期长达9个月。为提高广西森林火灾监测和预警的时效性，2021年广西壮族自治区人民政府办公厅印发了《广西壮族自治区森林火灾应急预案的通知》（桂政办函〔2021〕21号），明确建立全区统一的森林防灭火信息系统，通过无人机开展火场侦察，将森林火灾现场及其周边图像、视频实时传送至各级森林防灭火指挥机构办公室以辅助火情决策。2020年12月，广西在全州县、东兴市、南丹县3个森林火灾风险普查试点地区进行森林可燃物外业调查工作，并先后投入14个工组、60名专业技术人员，历时54 d，完成126个森林可燃物标准地和13个大样地调查，采集样品748份，提高森林火灾风险排查水平，并为地区森林火灾防治和森林可持续发展提供权威信息及科学决策依据。

2.3 林业勘测与规划

随着无人机遥感技术的进步及其在林业勘测和森林资源调查中应用程度的提高，为有效规范广西无人机测绘活动及其管理工作，广西壮族自治区自然资源厅2021年9月印发《关于进一步规范无人机测绘活动的通知》，分别从执证审核、备案制度、飞行规定等方面进行了规定。广西七坡林场利用无人机核准边界，通过无人机拍摄林地高精度的正摄影像，清晰分辨出不同林分的林相差异，并借助GIS软件勾绘出准确的造林范围，最终明确林地面积。尹华阳等的试验研究表明，采用无人机检查枯死松树准确度为95%[10]。此外，广西壮族自治区森林资源与生态环境监测中心早在2017年便开始采用无人机开展碳汇监测，利用无人机技术不仅提高了工作效率和调查精确度，还大幅缩短了外业调查工作实间，并有效解决了平缓地区耗时、耗力、精准度低等问题。

3 存在的问题

3.1 无人机自身的升降技术及抗风性能不足

1）基于广西地形地貌复杂的实际特点，在大部分森林外业调查中缺乏无人机升降的有利场地和条件，尤其是在广西独特的喀斯特地貌与石山地区的无人机森林外业调查，对无人机操控工作人员的技术要求相对较高。2）由于无人机遥感技术的信息传输基于卫星通信技术，然而广西山多地少，地形复杂多样，尤其是偏远山区卫星信号会明显减弱，易对无人机的飞行控制和信息传输造成影响，卫星信号明显不足造成无人机的正常森林资源调查工作受阻。3）由于无人机自身属于轻型飞行设备，在自身重量的限制下，抗风能力不足，易偏离原定的飞行航线而导致精准度的降低，且不稳定的飞行也在一定程度上降低了无人机最终拍摄的影像图像质量。

3.2 自动巡航模式降低调查结果准确性

目前，广西在应用无人机遥感技术进行森林外业调查时，一般使用自动巡航模式和手动拍照模式。其中尽管手动拍照模式的灵活性更高，能够在调查的过程中对于存疑、异常等森林状况进行重点监测和排查，具有更强的针对性，但手动拍照模式对无人机操控技术人员的要求相对较高。而自动巡航模式是通过预先设定的航线进行巡航和调查，能够应用在大面积的森林调查中，但自动巡航模式仅限于预先设定航线拍摄，对存疑森林图斑不能及时进行针对性排查，最终结果也缺乏准确性和针对性。

4 优化策略

4.1 加强操控人员的技术培训

1）应加强无人机在森林资源调查中工作内容及技术的培训，通过提高无人机操控人员的技术来提高无人机操作的稳定性，提高成像质量；2）在进行森林资源外业调查前，应充分考虑当地实际情况，遵循因地制宜的原则，结合当地的地理、地形及通讯因素，并考虑调查当天的天气因素，避免大风天气进行无人机外业调查，以此避免由于风力影响而降低无人机森林资源调查的准确性。

4.2 结合无人机自身特性灵活选用航拍模式

结合无人机自动巡航及手动巡航模式的不同优势，因地制宜，根据调查森林的地形、面积等因素来灵活选用航拍模式。一般情况下，面积大于330 hm2的森林可采用自动巡航模式，对于小范围或存在争议的特殊林地，可采用手动航拍模式，以此来提高森林调查的准确性。

5 结语

由于森林资源调查准确性、科学性的需要，广西近年来也在不断加强对无人机的应用。然而，目前广西无人机遥感技术在森林调查中的应用仍处于初级阶段，应用技术水平仍须不断提高。在使用无人机进行森林调查时，应遵循因地制宜的原则，并不断强化无人机操控人员的技术，以提高广西无人机森林资源调查的应用水平，促进广西森林生态建设。

参考文献：

[1] 广西壮族自治区统计局.广西统计年鉴2020[M].北京：中国统计出版社，2020.

[2] 广西壮族自治区统计局，国家统计局广西调查总队.2022年广西壮族自治区国民经济和社会发展统计公报[N].广西日报，2023-03-31（5）.

[3] 国家统计局.中华人民共和国2022年国民经济和社会发展统计公报[N].中国信息报，2023-03-01（1）.

[4] 黄世钊. 广西法治日报：广西立法规范森林防火工作，拟规定：实行森林防火专职指挥制度 森林防火区野外用火须审批[EB/OL].（2016-03-31）[2023-08-22]. https：//www.gxrd.gov.cn/html/art152086.html.

[5] 国家统计局.中国统计年鉴-2022[M].北京：中国统计出版社，2022.

[6] 李兴杰.无人机技术在林业中的应用浅析[J].南方农业，2022，16（1）：129-131.

[7] 佚名.广西首次用无人机监测林业有害生物[J].浙江林业，2015（8）：28.

[8] 唐青梅.广西黄冕林场首次应用多光谱无人机监测桉树黄化疫情[EB/OL].（2021-08-16）[2023-08-22]. http：//www.forestry.gov.cn/main/394/20210827/103724036532553.html.

[9] 陈益铭，钟伟民.提高效率避免中毒危险：全市保有植保无人机40多臺[EB/OL].（2023-04-18）[2023-08-22]. http：//www.wzljl.cn/content/2023-04/18/content_368106.htm.

[10] 尹华阳，汤宗斌，董广平.无人机监测枯死松树技术应用研究[J].安徽林业科技，2020，46（4）：3-5.