无人机遥感技术在松材线虫病治理中的应用

摘 要：在松材线虫病监测中应用无人机遥感技术，可提升松林线虫病监测实效。因此，在分析无人机遥感技术应用流程及多光谱无人机遥感图像的识别技术的基础上，以重庆市松材线虫病疫木治理为例，深入探讨无人机遥感技术的实践应用。研究发现，利用无人机遥感技术识别、定位松材线虫病疫木，可有效提升松材线虫病监测效率，确保识别的客观性，为防治松材线虫病提供数据支撑，对合理预警松材线虫病具有积极意义。

关键词：松材线虫病；无人机遥感技术；疫木治理

中图分类号：TP79；S763.18 文献标志码：A 文章编号：1674-7909（2023）07-121-4

0 引言

无人机遥感技术是一种依托无人驾驶飞行器，具有自动化、智能化等特征，能够精准获得空间遥感信息，并完成遥感数据处理、建模、分析的技术［1］。现阶段，无人机遥感技术以机动、快速、经济等优势被广泛应用，并发挥了重要作用。例如，无人机遥感技术可以在宏观上观测灾区的灾情，并能详细分析灾情影响下的空气、土壤、植被和水质变化情况，为相关工作人员开展应急救灾、灾情评估、灾后治理等工作提供精准的数据和决策依据。实时快速跟踪和监测突发环境污染事件的进展，是无人机遥感技术在应对突发事件中的又一重要贡献。根据其第一时间回传的地势特点、污染情况、受灾范围与程度等详细数据，工作人员可第一时间制订科学的治理方案，最大限度减少污染对人们的生命财产安全或对环境造成的损害［2］。目前，国内外研究人员已将无人机遥感技术列为热点课题，促使其从研究开发阶段进入实际应用阶段。

松材线虫病是具有毁灭性的森林病害，将无人机遥感技术深度、有效地应用于松材线虫病治理实践，能够有效提升治理实效，对充分发挥森林综合价值具有积极作用。据此，笔者分析了松材线虫病特征，阐述了无人机遥感数据获取流程，并以重庆市为例进行案例分析，旨在提升无人机遥感技术在松材线虫病疫木治理中的应用深度与有效性。

1 松材线虫病概述

松材线虫病又名松树萎蔫病，是全球森林生态系统中最具毁灭性的病害之一，被称为“松树的癌症”，其易侵染的森林植物已被我国相关部门列为重点检疫对象。该病害在我国的传播以昆虫——松褐天牛为主要媒介，其传播严重影响了生态环境和自然景观，造成了严重的经济损失［3］。松树一旦感染该病，40 d左右就可死亡，3～5 a整片松林都会死亡。松树感染松材线虫病后，叶片呈黄褐色，病情严重时叶片呈红褐色，直至叶片枯萎死亡［4］。松材线虫的发病条件较一般的植物病害复杂，其发生和流行要求有感病的寄主植物、病原松材线虫和合适的发病环境，但松材线虫要靠媒介昆虫的传播才有可能侵染进入寄主植物。随着感染程度的不断加深，松树针叶内部会发生明显的变化，其组织结构、水分含量、叶绿素含量等均会发生相应的变化。

2 无人机遥感技术在松材线虫病治理中的应用原理

松材线虫病防控的4个关键环节为病害检疫、疫情监测、疫木除治和媒介昆虫防治。在防治松材线虫病的过程中，仅凭人力往往无法实现预期效果。具备宏观、快速、动态等特点的无人机遥感技术成为防治松材线虫病的最佳辅助技术之一。在松树病虫害防治中，无人机遥感技术可以通过图像信息的采集，全面收集松树叶片的变化信息，并进行相应的数据分析和分类整理，最终对染病的马尾松叶和黑松叶的含水量、叶绿素含量、胡萝卜素含量进行科学对比［5］。

工作人员对感病的松针的反射光谱进行测量（测量仪器为ASD光谱仪）后可发现，感染后的松针在近红外、中红外波段处与健康松针存在明显区别：通过详细观察不同阶段光谱变化，发现松针感染程度加重时，光谱红线位置蓝移，相对应的绿峰反射高度不断降低［6］。

3 无人机遥感技术的应用

3.1 无人机遥感图像采集流程

无人机传感器在小区域和飞行困难地区快速获取高分辨率影像方面具有明显优势。因此，反应快速、机动灵活、便于搬运、勘测准确等是目前选择无人机传感器考虑的主要因素，如高分辨率CCD数码相机、多光谱成像仪、激光扫描仪等遥感传感系统［7］。工作人员要根据不同的图像采集需求，在无人机上安装相对应的仪器。为保证高质量飞行，工作人员要依据不同任务，根据飞行区域的地理位置、地形特点、温度、光照、湿度等数据信息，通过控制系统设定飞行高度、速度、线路，把握任务完成进度。同时，工作人员应进一步确定遥感器的信息采集方式和速度，以保证任务完成质量［6］。无人机根据设计人员提前规定好的飞行路线进行数据采集，并进行信息存储。无人机获得数据后，工作人员可通过地面控制系统，将各项参数信息传输到系统中。遥感传感器执行收录所拍摄的数字图像数据任务后，依托无线传输系统将数据传输到地面控制分系统，等待后续的整理分析。

3.2 多光谱无人机遥感图像识别技术

随着多光谱仪器小型化和应用算法等研究的不断深入，无人机载多光谱遥感技术较好地解决了人工踏勘效率低、可见光影像数据量大、卫星遥感分辨率低的问题，是当前较为理想的中小面积松材线虫病情监测手段。可见光遥感一般有红、绿、蓝3个波段［7］。多光谱照相机是在普通航空照相机的基础上发展演变而来的。多光谱照相是在可见光的基础上向红外光和紫外光两个方向扩展，并通过各种滤光片或分光器与多种感光胶片的组合，使其同时分别接收同一目标在不同窄光谱带上辐射或反射的信息，即可得到不同光谱带的照片。

在无人机实际使用中，工作人员可搭配多光谱影像仪等传感器，对影像信息进行收集和整理，并对数据进行降噪处理和量化分析。同时，工作人员通过无人机遥感图像技术的应用，可以获取连续的光谱信息，并对光谱信息进行特征分析，判断出目标物的实际情况。无人机搭载多光谱相机，两者相互结合、优势互补，可以实现采集连续光谱信息的目标，从而对大面积松林进行有效监测。

4 无人机遥感技术在松材线虫病疫木治理中应用的实例分析

4.1 研究区概况

研究区位于重庆市。重庆市位于中国西南部、长江上游地区，地跨北纬28°10′～32°13′、东经105°11′～110°11′，属亚热带季风性湿润气候区，降水多集中在5—9月，降水较丰富，大部分地区降水量在1 000～1 350 mm。松树是重庆市的主要成林树种之一。多年来，重庆市通过实施综合治理工程，对疫点区域松褐天牛进行诱捕，并定期收集进行无害化处理，疫情总体得到控制，但是疫情防控仍需加强。因此，在松材线虫病疫木治理中应用无人机遥感技术具有可实践性。试验样地内有林地面积为7 033.54 hm2，其中松林总面积为2 340.00 hm2。

4.2 无人机装备

无人机遥感信息采集设备的具体信息，如表1所示。

除上述信息外，DJI M300型无人机能够适配可见光相机、多光谱相机等不同类型的云台相机［8］。飞行器系统内置RTK模块，可以进一步提高定位精度。在作业过程中，无人机可以自动实时切换至最佳信道，复杂环境下可以有效抵抗干扰。它利用AES-256图传加密技术，可以保障数据传输安全，支持LTE备份链路，有效提高了数据传输的可靠性。

4.3 拍摄环境背景及实施情况

无人机航摄时间为2022年12月5日，飞行时段为09：00—13：30；气温8～15 ℃，多云，东北风2级，无持续风向，空气质量良好。由于飞行区域总面积较大，为保证起伏地形下的数据拼接兼容性，工作人员设定航摄高度为210 m，航速7.2 m/s，航向重叠度85%以上，旁向重叠度75%以上。

4.4 无人机航拍影像预处理

获取航拍图像信息之后，工作人员搭配使用Yusense Map+航空遥感预处理软件对原始多光谱数据进行预处理［9］。预处理的首要任务是校正遥感图像采集过程中产生的畸变，将单幅瓦片图像置于同一投影面上，以消除图像之间的偏差，确保不受拼接效果的影响。

4.5 无人机航拍影像综合分析

工作人员通过Yusense Map+进行无人机航拍影像分析，通过光谱特性分类监督无人机所摄影像。工作人员将航拍影像与早前经典松林线虫病病死树案例进行对比分析，而后利用软件定位系统删减漏点，以保证结果的精准度。

4.6 无人机遥感影像处理技术与监测高精度的实现

为验证松林线虫病病死树监测的精准度，工作人员把病死树的坐标信息输入Yusense Map+软件，利用人工辅助核验的方法对相应数据进行验证。

4.7 结果与分析

4.7.1 航摄数据采集及拼接

此次航拍采集了研究区555、660、720 nm共3个波段的多光谱图像［10］，经过核验、拼接、配准等处理，获得了研究区的全景正射图像和植被指数图像，研究面积为182.50 hm2。放大分析正射图像信息，地面精度达19.7 cm，肉眼可视情况下能够分辨出典型的病死松树。

4.7.2 航摄影像解译结果

工作人员利用Yusense Map+软件对松材线虫病病死树进行识别，并结合目测校正，共识别出病死松树30株，病死树冠幅总面积约124.75 m2，并且采集到了所有病死树的坐标数据。为确保无人机航拍的正确率，笔者进行了现场踏勘查验，通过将航拍的矢量点导入奥维地图进行导航。此次查验共抽样踏勘10处变色立木点位，其中9处提取准确，整体精度达90%。

4.7.3 识别核验结果

将此次研究的30株病死树GPS坐标导入软件，工作人员通过坐标找到对应病死树，确保系统监测距离和人工坐标的距离相同，准确找到航拍识别地点。工作人员通过现场核查，确认有26株为死亡松树（见表2），即识别出了大量病死树木，说明无人机遥感技术可以应用于林业病虫疫情监测。针对识别错误部分，现场踏勘的林区工作人员反映，提取错误的病树均出现了针叶枯黄、掉落的现象，这与松材线虫病疫木出现针叶红褐色且不脱针的表征一致，也是导致无人机监测航拍识别错误的主要原因。

5 结论与讨论

无人机遥感技术可以应用于松材线虫病治理工作，尤其是针对地势复杂、树木茂盛的林区，能充分彰显无人机遥感技术的应用优势［10］。应用无人机遥感技术有助于林区工作人员快速确定疫木分布情况极大地方便了对病死树的取样和除治，减轻了劳动强度，使监测区域扩大到人力所不能达的范围，大大提高了监测工作效率。此外，应用无人机遥感技术可为研究和预警松材线虫病提供更多数据支撑，帮助研究人员总结更多的病虫害发展规律，有利于后续更好地开展松材线虫病监测、预警、防控等工作［11］。相关工作人员应全面了解分析松林线虫病的发生现状和发展趋势，为无人机监测提供保障，从而更好地将无人机遥感技术应用于林业病虫疫情治理工作，切实改善目前人工现场踏勘进山难、监测效率低且不准确的行业现状，提高工作效率。

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