无人机在林业中的应用及前景分析

2020-01-11张阳

花卉 2020年18期

张阳

（山西省桑干河杨树丰产林实验局林业调查设计队，山西大同 037006）

0 引言

基层林业工作的开展，是保护我国森林资源的重要举措。但就实际情况而言，基层林业工作较为繁重，如果仅依靠人工采集数据，工作效率则十分低下，且数据准确性难以得到保证，最终会影响林业工作质量。而无人机的应用，有利于基层林业工作的开展，因此对此项课题进行研究，其意义十分重大。

1 无人机和国内森林资源现状

1.1 无人机

所谓无人机就是指无人驾驶的飞机，在飞机飞行过程中，无需驾驶人员亲自驾驶，仅需利用遥控装置或程序，即可实现对飞机的有效控制。与传统飞机相比，二者差异极为显著，无人机由于体积较小，在工作过程中可以无视地形，且制造成本低，灵活性强。但值得注意的是，在应用无人机执行工作时，需要卫星定位、遥控和监控系统等技术的配合，这是远距离控制无人机的必备条件。

近些年，无人机的作用逐渐被各行各业所重视，其在影视、农业、建筑工程和遥感监测等领域均取得了良好的应用效果。无人机在林业领域的应用，主要包括林业灾害监测、林业调查和有害生物防治，在应用过程中，可以将任务需求作为依据，在无人机上搭载各种设备，以达成预期的任务目标。

1.2 国内森林资源现状

国家森林资源和林地占有面积的衡量指标为森林覆盖率，这个指标的得出方法为森林面积与国土面积之比，假设某国家的土地总面积为100 万平方千米，而森林面积为33 万平方千米，则该国的森林覆盖率为33%，稍高于世界森林覆盖率。但就当前实际情况而言，我国森林覆盖率低于世界森林覆盖率，在查阅资料后得知，经过数十年的努力后，我国森林覆盖率已经增加到17%左右。我国森林资源在分布上呈现出东南多，西北少的趋势，尤其是东部地区由于气候条件优越，故森林覆盖率提高速度十分显著。而西部地区则较为缓慢，总体而言，我国森林总面积正在逐年增加。

2 无人机在基层林业工作中的应用

2.1 无人机在林业调查工作中的应用

2.1.1 森林覆盖率调查项目的确立

某地区位于我国东南沿海地带，植被覆盖率较高。近些年，为响应上级部门的要求，当地林业部门在研究后确立了森林覆盖率年度调查工作项目，希望通过工作项目的完成，掌握所在地区2019 年度的森林实际覆盖率，从而为绿色可持续发展战略的制定，提供数据上的支持。

2.1.2 无人机在森林调查工作中的应用

在应用无人机时开展森林调查工作时，需要注意以下事项：

（1）做好起飞点的选择。起飞点选择的合理与否，会直接影响调查工作的质量。上述地区林业部门在经过研究后，将一处开阔地带作为起飞点，并且该地带与居民生活区域相距较远，故不会受到干扰装置的影响。值得注意的是，在选择起飞点应遵循宜高不宜低的原则，究其原因，正射影像是无人机拍摄的主要方式，且要求图像重复率不低于70%。比如：上述地区林业部门所应用的无人机是精灵4 代，其最大飞行高度为500m，如果起飞点较低，会导致图像重复率无法与要求相符[1]。

（2）执行任务。在起飞点选择完毕后，需要遵循相关规定对飞行参数进行设置，工作人员首先点击控制界面上的飞机图标，然后会弹出一个对话框，并显示无人机的各项参数，包括电池剩余电量、GPS 和相机等，在输入控制程序后，无人机就会起飞，并沿着控制程序中的航线进行飞行和拍摄，为林业调查工作，提供便捷的条件。

（3）调查结果。在飞行任务结束后，需要使用软件对无人机拍摄的影像数据进行加工和处理。在这个过程中会涉及成果数据叠加。具体操作流程如下：首先工作人员需要启动ArcMap 软件，将数据加入其中，生成正射影像图，值得注意是，在生成影像图时需选择TIF 格式。软件在显示图像之后，方能继续添加数据，最终完成成果数据叠加，获取测量地区的各类信息。工作人员可以对比调查方案和标准，在对比完成后，绘制调查图片即可。以上述地区为例，测量结果表明，该地区地形条件复杂，主要以山地丘陵地带为主，如果依靠人工方式进行调查，难度极大，且伴有危险。而无人机技术的应用，不仅缩短了工作时间，还能准确获得所在地区的森林覆盖情况。在计算后得知，该地区的森林覆盖率为45%，与去年相比增加了2%，符合预期的发展目标[2]。

2.2 无人机在林业病虫害防治中的应用

某林地位于云南省南部地区，森林面积为19 万公顷，属于云南省境内的重要林区。但是在环境因素的影响下，病虫害问题频繁出现，影响了森林面积的增加，主要病虫害包括天牛、金龟子、松毛虫等，这些害虫繁殖能力极强，且缺少天敌，危害性严重。需要当地林业部门予以重视，但考虑到传统林业病虫害防治模式多以设置人工监测站和定期巡查为主，导致病虫害防治工作无法取得良好的效果。故笔者建议当地林业部门在开展病虫害防治工作时，将无人机技术应用其中，以保证病虫害监测结果的准确性，使林业可持续发展态势得以延续。林业部门在应用无人机时，应遵循如下要点：

（1）发挥无人机的监测作用。监测是预防和控制森林病虫害的有效措施，关系到防治方法和防治计划的制定。通常情况下，监测结果的准确性与防治方案效果关联密切。简而言之，就是监测结果越准确，防治方案的运行效果越显著。并且，监测结果还能为工作人员选择防治方法和药物提供依据。无人机的应用，则有助于上述目标的达成，究其原因，主要是无人机监测与传统人工监测相比，在效率和准确性上优势显著，且具有良好的适应性和灵活性，不会受到地形条件的限制。

此外，工作人员可以凭借无人机获取的监测结果，对森林病虫害未来变化趋势进行准确的预测，精准定位异常林，分析病虫害问题产生的原因，把握病虫害的出现和发展规律，估算病虫害造成的影响，并基于上述条件，完成多种解决方案的制定，并对比解决方案的优缺点，最终选择最合适的解决方案。在实际应用阶段，工作人员可以在无人机终端电子设备上画出检测区域，确定无人机的起飞点，然后利用程序使无人机沿着既定的路线飞行，并拍摄影像图片。

（2）发挥无人机的防治作用。在应用无人机完成对林地的勘察后，林业部门即可掌握林地病虫害的发展情况。在掌握这些信息后，林业部门可以将无人机作为载体，向病虫害地区喷洒农药，与传统喷洒方式相比，无人机喷洒范围、速度和效果极为显著。究其原因，主要是无人机在飞行过程中，其机翼会保持高速的旋转，药物液体薄雾的穿透能力也会随之增强[3]。

2.3 无人机在林业中的应用建议

无人机属于现代科学技术，如果林业工作人员技术水平不足，会导致无人机应用效果大打折扣。故笔者建议林业部门做好以下方面的工作：

2.3.1 加强宣传教育

通过上述分析可知，在林业工作中应用无人机，有助于工作的顺利开展，为此，林业部门应加强宣传教育力度，通过多种宣传方式的应用，让基层工作人员正确认识无人机的作用，并在应用无人机时，自觉遵守国家相关法律规定，以规避安全风险，使无人机的应用效果得到充分发挥。

2.3.2 注重技术培训

就当前实际情况而言，无人机在林业领域的应用逐渐广泛，但部分林业工作者由于缺少无人机操作技术，故在使用过程中存在诸多不合理之处，导致无人机工作效率和质量大打折扣。为此，林业部门应注重无人机操作技术培训，提高工作人员的技术水平，并要求工作人员获取通过无人机驾驶员实践考试，获取无人机驾驶资格证书。

3 无人机的应用前景分析

目前，无人机虽然在林业领域取得了良好的应用效果，但尚未达到人们的期望值，无人机存在十分广阔的应用前景。究其原因，主要是林业领域现阶段所应用的无人机，尚存在续航能力不强、定位和图像识别精度不足等问题，这些问题的存在，制约了无人机应用价值的实现，使其应用受限。据了解得知，国产无人机的飞行时间不超过20min，且载重能力不强。针对此类问题，无人机制造企业应重视电池容量和体积的研究，在提高电容容量的基础上，尽量缩小电池的体积，以满足无人机的续航和载重要求。与此同时，还要研发稳定性高的材质，使飞行平台的重量下降，减少飞行能耗，延长飞行时间，并提升飞行高度。

由于无人机多被应用于复杂的地形条件下，故信号问题成为制约其应用的重要因素，构建一个长效稳定的通讯系统，确定无人机的位置，成为困扰林业工作人员的重要难题。现阶段，WiFi、蓝牙等技术是无人机所应用的通讯方式，但这些通讯方式，在短距离通讯场景中较为适用，很难为林业调查和监测工作的开展，提供有效的支持。而5G 时代的到来，为无人机在林业领域应用提供了契机，林业部门可以将5G 网络作为通讯手段，提高数据传输的效率，以解决影像传输数据无法实时传输的问题。