轻小型无人机在森林督查中的应用

唐旭

（广东省连山壮族瑶族自治县市级自然保护区管理所，广东清远 513200）

0 引言

我国加大对森林资源的保护力度，在森林资源保护工作中，森林督查工作将作为一项重要的组成部分。各地区根据《国家林业局关于开展森林督查工作的通知》内容，相应的成立专门的森林督查工作机构。林业主管部门在日常工作中，积极应用轻小型无人机，转变传统督查核查工作模式，可以在较短的时间内获取较高精度的测量内容，帮助林业主管部门及时准确的掌握森林情况，针对存在的问题开展管理工作，有效保护我国森林资源不受侵害。

1 无人机航空摄影测量方法

1.1 无人机工作摄影测量原理

使用轻小型无人机进行森林督查时，基于无人机工作摄像测量原理，在无人机上配置高清摄像设备，工作人员在控制地点操作无人机，使无人机飞至测量区域，在测量区域无人机会根据设定的航线开展测量工作。在测量过程中，无人机会向地面系统实时传输信息，使信息生成影像，将影像与原有的地面信息进行对比，用于纠正地面坐标，使系统记录的地形地貌等信息更加贴近真实环境。

使用轻小型无人机进行森林督查外业核查工作，高清摄像设备会提高拍摄影像的分辨率，并且整个拍摄过程花费的时间较少，只需1～2 名工作人员即可完成督查外业工作，极大的降低督查工作成本，已成为森林督查外业核查工作工作应用广泛的技术之一。

1.2 无人机在森林督查外业核查工作中的技术步骤

1.2.1 前期内业准备

前期内业准备工作内容如下：①了解外业核查区域内的树种以及天气情况，尽量选择晴朗并且无风的环境中进行；②探测非法侵占林地区域时，工作人员应事先规划无人机的航行路线，并选择性能与航线相匹配的无人机，保证外业核查工作顺利进行的同时，还能掌握非法侵占林业资源的证据。

1.2.2 外业测绘调查

进入到外业测绘调查阶段，工作按照既定的航线操作轻小型无人机，将轻小型无人机飞至控制点，在每个控制点拍摄影像，然后将影像传输至地面控制系统。如果在拍摄期间更改航线，应在更改位置设置地面控制点，保证无人机飞至控制点，可以顺利完成测量任务。

1.2.3 内业数据处理

轻小型无人机实时拍摄的影像，会传输至地面控制系统，地面控制系统将影像输入至图像软件中，通过处理生成可识别的影像。处理过程分为预处理、三角测量处理等，通过处理的图像具有较高的分辨率。

1.2.4 成果报告编制

将生成的图像与原有的地形地貌进行对比，标注出存在差异的地区，结合图像调整的坐标，将调整的坐标用于纠正原有的地形地貌，然后将新的地形图和存在差异的地形图，编制成成果报告，交给林业执法部门开展处罚工作。

1.3 无人机摄影测量应用方法

1.3.1 地面像控点坐标采集

在森林督查外业核查工作中，在地面上建立准确的控制点，可以提高无人机采集林业相关数据的准确度。现阶段林业部门会采用全球定位实时动态系统，采集地面像控点坐标。轻小型无人机按照控制点，在设定的航线中开展测量工作，并配合使用GPS-RTK 技术，保证轻小型无人就可以飞至控制点坐标，在控制点坐标圈定的范围内进行测量。

1.3.2 摄影测量技术

森林督查外业核查工作主要用于测绘非法侵占林地和违法违规采伐林木的范围，在测绘过程中使用正摄影测量技术，轻小型无人机将摄影机角度调整至垂直状态，用于俯拍测量区域。在拍摄过程中，会实时记录各项参数，包括高度参数、坐标参数、航向参数以及旁向重叠参数等，将上述参数进行整理后，可以生成拍摄图像。工作人员在操作轻小型无人机拍摄时，一般将无人机的高度控制在距离地面250～260m 范围内，该范围内测量精度会在0.05m 以内。

2 森林督查应用实例

2.1 无人机摄影测量外业作业

无人机摄影测量技术适用于地势复杂，且传统模式无法调查的。以连山壮族瑶族自治县森林督查外业核查工作为例，该地区地势较高，境内山峦重叠，山地属中低山和丘陵地，全县最高峰是北部的大雾山，海拔为1659.4m，最低点是南部的水下桥，海拔147m，海拔1000m 以上的山峰有48 座，其中海拔1400m 以上的有14 座，山高坡陡的地形对传统的外业核查方式影响很大，大大的降低了森林督查的外业核查工作效率，近三年来连山壮族瑶族自治县的森林督查核查图斑年平均量为800 个左右。如果采用传统模式的调查方法，需花费大量的人力物力才能完成森林督查图斑的外业核查工作，因此，改变传统模式的调查方法，引入无人机来开展森林督查工作就显得十分重要。林业部门在开展森林督查工作时，使用轻小型无人机勘察管辖范围内出现的非法侵占林业资源的情况。在勘察过程中发现，一个非法矿山已经侵占较多的林业资源，工作人员使用轻小型无人机进行空中测量，测量出矿山侵占林业资源的范围，并将原有的地貌与拍摄图像进行对比。在拍摄过程中使用大疆无人机，该无人机拍摄高度为255m，控制距离以及飞行时间满足勘察要求。工作人员在勘察区域内设置四个地面控制点，无人机飞至每个控制点后，借助GPS-RTK 技术获取实时拍摄信息。

2.2 无人机摄影测量内业处理

使用无人机采用正射影像方法获取图像信息，将信息输入至图片生成软件，软件绘制出实际地形，计算实际地形中侵占林业资源的面积。在生成的图像中，使用ArcGIS 软件绘制侵占面积，可以精准计算出别墅损坏林业资源的数量。

2.3 优势

在传统的森林督查工作中，工作人员会使用GPS 技术进行测量，但是受到地形以及周围植物等因素影响，导致测量数据与实际情况存在较大的差异。此外在传统的工作模式中，工作人员需要进入到实地开展测量作业，实地环境工作条件错综复杂，测量工作效率会不断降低。使用无人机航空摄影方法开展测量工作，可以在高空俯视测量区域，在较短的时间内可以获取较大范围的测量数据，并且测量精度高于传统测量方法，工作人员在固定的位置操控无人机即可进行地形测量，有效提高测量工作效率。

传统测量与无人机测量进行对比，对比内容分为六项：①地面像控点。传统测量采用布设控制网的方法，需要4 个人花费2d完成，无人机测量采用布设控制点的方法，需要1 人0.5d 完成。通过对比发现传统测量进行布设控制网时，投入的人力和时间要多于无人机测量；②测量精度。传统测量精度为0.1m，无人机测量精度为0.05m。通过对比说明无人机可以获取更高的测量精度；③数据成果。传统测量为DLG，无人机测量为正射影像，通过对比说明传统测量成果，需要工作人员具备较高的专业测量能力，无人机测量成果体现出直观性特点，可以使工作人员看懂测量成果；④人员安全。传统测量工作人员需要走到每一个地点，无人机测量工作人员在控制点即可完成测量工作。对比发现传统测量花费的时间更多，并且存在较多的安全隐患；⑤工作人员。传统测量需要4 名工作人员，无人机测量需要2 名工作人员。对比发现无人机工作人员更少，投入的人力成本更低；⑥工作时间。传统测量需要6d，无人机测量需要3d。对比说明传统测量工作时间多于无人机测量时间。

2.4 讨论

在传统的森林督查外业核查工作中，由于地形以及测量技术等因素的限制，在外业核查工作中需要较多的工作人员，并且花费较多的时间，在实际工作中还会出现安全事故。此外传统的森林督查外业核查工作精度较低，无法全面精准地掌握森林资源发生的变化。

使用轻小型无人机开展森林督查外业核查工作，轻小型无人机操作简单，在实际应用中，工作人员在设定的控制点即可操作无人机，在操作中可以开展实时的督查工作，不会受到地形地貌等因素的影响，督查核查工作安全有效。此外轻小型无人机拍摄精度较高，实际工作中运行成本较低，十分适合森林督查外业核查工作。

在森林督查工作中应用轻小型无人机，需要林业部门培养专业的无人机操作人员，要求每名无人机操作人员必须持有飞行证。此外我国应尽快建立完善的法律体系，规范无人机的操作，避免出现使用无人机开展违法活动。

3 结语

综上所述，在森林督查工作中应用轻小型无人机，使传统的森林督查工作方式发生变化，并且提高森林督查工作的效率和安全性，大大降低传统森林督查工作的成本。此外轻小型无人机操作简单方便，具有较高的分辨率，可以获取高精度的图片和影像，使森林督查工作质量不断提高，能够及时发现并处罚出现非法侵占林业资源的情况。