陳浩梁

（廣西國有三門江林場，廣西柳州 45000）

廣西森林資源是我國森林資源的重要組成部分，由于廣西森林面積廣、密度大，且廣西地處云貴高原向兩廣丘陵的過渡地帶，山多地少，地形復(fù)雜多樣，在森林調(diào)查及監(jiān)測方面存在一定的困難。傳統(tǒng)的人工調(diào)查方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足新時期對森林資源保護(hù)的要求。

近年來，隨著無人機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用，其作為一種新型的獲取數(shù)據(jù)源的技術(shù)裝備，以其成本低、輕便靈活、方便安全、快速獲取高分辨率影像等優(yōu)勢，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感影像分辨率低的不足。無人機(jī)技術(shù)在森林資源調(diào)查、植樹造林、野生動物種群監(jiān)測、荒漠化監(jiān)測、森林火災(zāi)監(jiān)測和森林病蟲害監(jiān)測與防治等林業(yè)工作中的應(yīng)用，可以有效減少工人工作量，實(shí)現(xiàn)森林資源的實(shí)時監(jiān)測，大大提高森林作業(yè)的準(zhǔn)確性，有效預(yù)防森林火災(zāi)，提高應(yīng)急能力。

無人機(jī)遙感技術(shù)是綜合了小型無人機(jī)、遙感傳感器、通信等技術(shù)優(yōu)勢，具有低成本、高效率、高準(zhǔn)確度、高安全性等優(yōu)點(diǎn)，能夠及時、準(zhǔn)確掌握森林的土地、資源、環(huán)境等空間遙感信息的快速、有效的調(diào)查技術(shù)方式，在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用日益廣泛。

1 廣西森林調(diào)查中無人機(jī)應(yīng)用的必要性

1.1 廣西地貌概況

廣西處于我國云貴高原與兩廣丘陵的過渡地帶，整體地勢呈西北高東南低。廣西以山地丘陵盆地地貌為主，根據(jù)廣西統(tǒng)計局2020 年發(fā)布的數(shù)據(jù)，廣西海拔400 m 以上的山地占全區(qū)土地總面積的39.7%，海拔200～400 m 的丘陵占全區(qū)土地總面積的10.3%，石山占全區(qū)土地總面積的19.7%，而平原僅占全區(qū)土地總面積的20.6%[1]。由此可見，廣西的地形地貌以山多地少為主，僅中山、低山、丘陵和石山的面積就占廣西全區(qū)陸地面積的70.8%，此外，廣西的石灰?guī)r地層分布廣，巖層厚，褶紋斷裂發(fā)育，為典型的巖溶地貌地區(qū)。

1.2 無人機(jī)應(yīng)用的必要性

根據(jù)廣西統(tǒng)計局公布的最新數(shù)據(jù)，截至2022 年底，廣西全區(qū)森林面積達(dá)1 486.8 萬hm2，森林覆蓋率達(dá)62.56%，全區(qū)自然保護(hù)區(qū)多達(dá)78個，面積達(dá)125.83萬hm2。廣西擁有豐富森林資源的同時，還是我國木材主產(chǎn)區(qū)，2022 年廣西全區(qū)木材產(chǎn)量4 864.97 萬m3，占全國全年木材總產(chǎn)量的45.5%[2-3]。

根據(jù)國家統(tǒng)計局公布的相關(guān)數(shù)據(jù)，2021 年全國森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)616 次，火場總面積為14 124 hm2，受害森林面積為4 457 hm2，并造成其他經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3 324.1 萬元；其中廣西森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)達(dá)97 次，占全國總數(shù)的15.75%，火場總面積為1 181 hm2，受災(zāi)森林面積為495 hm2，造成其他經(jīng)濟(jì)損失156.6 萬元。僅“十二五”期間，廣西全區(qū)共發(fā)生森林火災(zāi)2 249 起，受害森林面積總量達(dá)5.25 萬hm2；“十三五”期間，廣西全區(qū)有86 個縣（市、區(qū)）列為全國一級火險縣，由此可見，廣西的森林防滅火形勢十分嚴(yán)峻[4]。此外，2021 年全國林業(yè)有害生物發(fā)生面積達(dá)1 255.37 萬hm2，其中廣西林業(yè)有害生物發(fā)生面積為35.21 萬hm2，占全國總發(fā)生面積的2.8%[5]。

因此，廣西森林資源的保護(hù)與科學(xué)合理開發(fā)對我國的森林生態(tài)建設(shè)及木材安全具有重要意義。過去傳統(tǒng)的有害生物監(jiān)測采用人工方式完成，由于林地面積大，地形復(fù)雜，傳統(tǒng)人工森林外業(yè)調(diào)查對有害生物監(jiān)測范圍及準(zhǔn)確性有限；且廣西多低山，尤其是石山面積占廣西全區(qū)土地總面積近20%，傳統(tǒng)人工外業(yè)調(diào)查存在一定安全隱患。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，森林調(diào)查可以采用傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感技術(shù)來解決森林資源調(diào)查工作量大、任務(wù)重等問題，但由于衛(wèi)星遙感技術(shù)的影像分辨率低，且易受到云層、數(shù)據(jù)質(zhì)量和返回周期限制的影響，不可避免地降低了森林資源信息采集的準(zhǔn)確性和時效性[6]。

而將無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用在森林資源管理和調(diào)查中，利用無人機(jī)高分辨率的監(jiān)測技術(shù)，可精確定位枯死木、變色樹、異常林分，能及時發(fā)現(xiàn)病蟲害，大大提高了林業(yè)有害生物普查的工作效率，可為林業(yè)有害生物預(yù)測預(yù)報提供及時科學(xué)有效的依據(jù)。此外，通過無人機(jī)遙感技術(shù)還能對林地面積、株行距、公頃株數(shù)、成活率、保存率及林區(qū)道路等進(jìn)行調(diào)查，大大增加了林地現(xiàn)狀的可視性，降低防火高峰時段的巡防壓力，并讓護(hù)林員能從更多的視角全面掌握森林資源信息和巡護(hù)工作進(jìn)展，大大提高了森林資源管理和調(diào)查的工作效率，提高森林資源外業(yè)調(diào)查的安全性。

2 廣西森林資源調(diào)查無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 森林有害生物調(diào)查和監(jiān)測

廣西不僅森林資源豐富，也是森林有害生物的多發(fā)地。為提高森林有害生物的監(jiān)測效果，減少有害生物對森林造成的損失，2015 年7 月，廣西首次在玉林市興業(yè)縣和百色市西林縣兩地啟動無人機(jī)監(jiān)測林業(yè)有害生物0.67 萬hm2[7]。此外，2021 年7 月30 日，廣西國有黃冕林場首次運(yùn)用多光譜無人機(jī)對板勒分場拉聾林地桉樹黃化疫情進(jìn)行監(jiān)測，調(diào)查面積30.92 hm2，基于葉片反射光譜提取模型進(jìn)行病態(tài)特征波段提取、識別，生成統(tǒng)計信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)核查形成分析報告[8]。截至2023 年4 月，廣西梧州市無人機(jī)數(shù)量為40 多臺，且每年開展病蟲害飛防面積約為1.47 萬hm2[9]?；跓o人機(jī)遙感技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，能夠快速、準(zhǔn)確、有效地對林業(yè)有害生物進(jìn)行評估和判斷，實(shí)現(xiàn)智能化、精準(zhǔn)化的林業(yè)有害生物監(jiān)測。

2.2 森林火災(zāi)調(diào)查和監(jiān)測

廣西是森林資源大?。▍^(qū)），同時是森林火災(zāi)的多發(fā)區(qū)，2021 年廣西全區(qū)森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)占全國總數(shù)的15.75%，且廣西每年重點(diǎn)森林防火期長達(dá)9 個月。為提高廣西森林火災(zāi)監(jiān)測和預(yù)警的時效性，2021 年廣西壯族自治區(qū)人民政府辦公廳印發(fā)了《廣西壯族自治區(qū)森林火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案的通知》（桂政辦函〔2021〕21 號），明確建立全區(qū)統(tǒng)一的森林防滅火信息系統(tǒng)，通過無人機(jī)開展火場偵察，將森林火災(zāi)現(xiàn)場及其周邊圖像、視頻實(shí)時傳送至各級森林防滅火指揮機(jī)構(gòu)辦公室以輔助火情決策。2020 年12 月，廣西在全州縣、東興市、南丹縣3 個森林火災(zāi)風(fēng)險普查試點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行森林可燃物外業(yè)調(diào)查工作，并先后投入14 個工組、60 名專業(yè)技術(shù)人員，歷時54 d，完成126 個森林可燃物標(biāo)準(zhǔn)地和13 個大樣地調(diào)查，采集樣品748 份，提高森林火災(zāi)風(fēng)險排查水平，并為地區(qū)森林火災(zāi)防治和森林可持續(xù)發(fā)展提供權(quán)威信息及科學(xué)決策依據(jù)。

2.3 林業(yè)勘測與規(guī)劃

隨著無人機(jī)遙感技術(shù)的進(jìn)步及其在林業(yè)勘測和森林資源調(diào)查中應(yīng)用程度的提高，為有效規(guī)范廣西無人機(jī)測繪活動及其管理工作，廣西壯族自治區(qū)自然資源廳2021 年9 月印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范無人機(jī)測繪活動的通知》，分別從執(zhí)證審核、備案制度、飛行規(guī)定等方面進(jìn)行了規(guī)定。廣西七坡林場利用無人機(jī)核準(zhǔn)邊界，通過無人機(jī)拍攝林地高精度的正攝影像，清晰分辨出不同林分的林相差異，并借助GIS 軟件勾繪出準(zhǔn)確的造林范圍，最終明確林地面積。尹華陽等的試驗(yàn)研究表明，采用無人機(jī)檢查枯死松樹準(zhǔn)確度為95%[10]。此外，廣西壯族自治區(qū)森林資源與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心早在2017 年便開始采用無人機(jī)開展碳匯監(jiān)測，利用無人機(jī)技術(shù)不僅提高了工作效率和調(diào)查精確度，還大幅縮短了外業(yè)調(diào)查工作實(shí)間，并有效解決了平緩地區(qū)耗時、耗力、精準(zhǔn)度低等問題。

3 存在的問題

3.1 無人機(jī)自身的升降技術(shù)及抗風(fēng)性能不足

1）基于廣西地形地貌復(fù)雜的實(shí)際特點(diǎn)，在大部分森林外業(yè)調(diào)查中缺乏無人機(jī)升降的有利場地和條件，尤其是在廣西獨(dú)特的喀斯特地貌與石山地區(qū)的無人機(jī)森林外業(yè)調(diào)查，對無人機(jī)操控工作人員的技術(shù)要求相對較高。2）由于無人機(jī)遙感技術(shù)的信息傳輸基于衛(wèi)星通信技術(shù)，然而廣西山多地少，地形復(fù)雜多樣，尤其是偏遠(yuǎn)山區(qū)衛(wèi)星信號會明顯減弱，易對無人機(jī)的飛行控制和信息傳輸造成影響，衛(wèi)星信號明顯不足造成無人機(jī)的正常森林資源調(diào)查工作受阻。3）由于無人機(jī)自身屬于輕型飛行設(shè)備，在自身重量的限制下，抗風(fēng)能力不足，易偏離原定的飛行航線而導(dǎo)致精準(zhǔn)度的降低，且不穩(wěn)定的飛行也在一定程度上降低了無人機(jī)最終拍攝的影像圖像質(zhì)量。

3.2 自動巡航模式降低調(diào)查結(jié)果準(zhǔn)確性

目前，廣西在應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行森林外業(yè)調(diào)查時，一般使用自動巡航模式和手動拍照模式。其中盡管手動拍照模式的靈活性更高，能夠在調(diào)查的過程中對于存疑、異常等森林狀況進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測和排查，具有更強(qiáng)的針對性，但手動拍照模式對無人機(jī)操控技術(shù)人員的要求相對較高。而自動巡航模式是通過預(yù)先設(shè)定的航線進(jìn)行巡航和調(diào)查，能夠應(yīng)用在大面積的森林調(diào)查中，但自動巡航模式僅限于預(yù)先設(shè)定航線拍攝，對存疑森林圖斑不能及時進(jìn)行針對性排查，最終結(jié)果也缺乏準(zhǔn)確性和針對性。

4 優(yōu)化策略

4.1 加強(qiáng)操控人員的技術(shù)培訓(xùn)

1）應(yīng)加強(qiáng)無人機(jī)在森林資源調(diào)查中工作內(nèi)容及技術(shù)的培訓(xùn)，通過提高無人機(jī)操控人員的技術(shù)來提高無人機(jī)操作的穩(wěn)定性，提高成像質(zhì)量；2）在進(jìn)行森林資源外業(yè)調(diào)查前，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，遵循因地制宜的原則，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡乩?、地形及通訊因素，并考慮調(diào)查當(dāng)天的天氣因素，避免大風(fēng)天氣進(jìn)行無人機(jī)外業(yè)調(diào)查，以此避免由于風(fēng)力影響而降低無人機(jī)森林資源調(diào)查的準(zhǔn)確性。

4.2 結(jié)合無人機(jī)自身特性靈活選用航拍模式

結(jié)合無人機(jī)自動巡航及手動巡航模式的不同優(yōu)勢，因地制宜，根據(jù)調(diào)查森林的地形、面積等因素來靈活選用航拍模式。一般情況下，面積大于330 hm2的森林可采用自動巡航模式，對于小范圍或存在爭議的特殊林地，可采用手動航拍模式，以此來提高森林調(diào)查的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)語

由于森林資源調(diào)查準(zhǔn)確性、科學(xué)性的需要，廣西近年來也在不斷加強(qiáng)對無人機(jī)的應(yīng)用。然而，目前廣西無人機(jī)遙感技術(shù)在森林調(diào)查中的應(yīng)用仍處于初級階段，應(yīng)用技術(shù)水平仍須不斷提高。在使用無人機(jī)進(jìn)行森林調(diào)查時，應(yīng)遵循因地制宜的原則，并不斷強(qiáng)化無人機(jī)操控人員的技術(shù)，以提高廣西無人機(jī)森林資源調(diào)查的應(yīng)用水平，促進(jìn)廣西森林生態(tài)建設(shè)。