无人机技术在林业中的应用研究

［摘 要］ 无人机技术在林业中的应用，可以提高林业作业的精准程度和安全系数，并能助力实现林业智能化发展。目前，无人机技术在林业生态修复、森林资源外业调查、林政管理、森林防火等方面均发挥出较为显著的技术应用优势，但是依然具有较为广阔的应用与提升空间，需要持续更新、升级无人机技术，切实满足林业发展需求，助力林业可持续发展。

［关键词］ 无人机技术；林业生态修复；林政管理；森林防火；病虫害防治

［中图分类号］ S779 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 1674-7909（2022）09--4

0 引言

在科学技术水平不断提升的背景下，基于无人机技术的林业作业逐步替代传统林业作业方法。以林业监测为例，原有的人工观测方式已被基于无人机技术的观测方式所替代，大大减少了相应作业中人力、物力的投入，也提升了林业作业效率及质量水平。由此可以看出，无人机技术在林业中有着极大的应用优势和良好的应用前景。

1 无人机技术在林业中的应用现状

我国地域辽阔、森林资源分布较广，因此，对于林间实地勘测、林业信息监测等工作的现实要求较高。相比传统林业勘测技术，基于无人机技术的林业勘测技术有着更高的应用优势。依托小型无人机的投放，可以完成对林间数据的实时性检测与获取，在森林防火、森林病虫害防治、林政执法等工作中均能发挥出极大的作用。总体来看，无人机技术已然发展成为当前与未来驱动林业升级发展的一项主流技术手段。

1.1 无人机技术在林业中的应用逐步受到更多关注

2019年，国家林业和草原局出台了《关于促进林业和草原人工智能发展的指导意见》，其中提出要全面推动人工智能技术在林草业核心业务中的应用，建设林业生态保护、生态修复、生态灾害防治、生态产业和生态管理人工智能应用体系。为此，我国逐步完成区域航空护林总站的搭建，针对各省（自治区、直辖市）的航空护林工作进行组织与指导。当前，部分地区已经设置专业的航空护林机构，并以无人机技术为核心，构建并推行了航空护林体系。

1.2 无人机技术在林业中的应用范围持续拓展

在无人机技术刚刚兴起的初期阶段，在林业生产中主要利用无人机技术展开药剂喷洒、现场图像采集与拍摄等工作。随着无人机技术的不断成熟，无人机的功能越来越多、操作越来越简单、使用成本不断降低，因此，其可以在更多领域得到重点利用，实际应用范围进一步拓展。现阶段，无人机在林地保护与利用、森林病虫害防治、森林资源调查、生态修复工程、森林火灾预防与救援等多个领域得到了逐步利用，并逐步构建起林业空、天、地、人一体化管理体系。无人机技术为林业数字化管理提供了有力的技术支持，结合互联网、云计算等技术的综合应用，以及与多个平台系统的联动性利用，推动林业产业不断向着信息化、智能化的方向发展［1］。

1.3 无人机技术在林业中的应用处于初步发展阶段

虽然无人机技术在林业生产中得到了深入、广泛的应用，但是无人机在各项林业工作中的应用依然处于初步发展阶段，不仅尚未形成功能全面、技术相对成熟的专用软件系统，而且无人机技术与林业工作的专业要求没有实现深入融合。例如，在林区管理中，无人机更多应用于林内巡查，更加全面地获取林内信息，且能在一定程度上完成林内病虫害预警、火灾预警工作。但是，无人机的应用较为独立，没有构建起成熟度更高、覆盖面更广的集成性林区管理与风险预警系统，没有切实发挥出无人机技术的最大优势。当前，应急管理部门与林业主管部门共同组建的航空护林机构依然有待完善。多数区域的航空护林机构仍处于初步创设阶段，对无人机技术在林业中的应用尚处于搭建框架、建立体系、初步尝试的初级阶段。另外，专业人才方面的不足及相关技术标准的缺乏，也使无人机技术在林业中的应用有着极大的发展前景及更新空间［2］。

2 无人机技术在林业中的主要应用场景

2.1 在林业生态修复工程中的应用

无人机技术在生态修复工程的策划、施工、核查等环节均能发挥出突出的作用，使工程质量及实际作业效率得到显著提升。当前，无人机技术在林业生态修复工程中的应用主要体现在如下4个方面。

2.1.1 前期规划。依托无人机航拍，能实现对目标地块的全面调查与摸底，实现对目标地块地形、地势等因素的精准掌握，为生态修复工程施工方案与方式的确定提供真实、全面的参考数据。同时，无人机航拍得到的正射影像能为生态修复作业设计提供辅助，依托三维建模与无人机等技术的综合应用完成效果图的制作，可以达到提升生态修复工程实施规划科学性的目的。

2.1.2 辅助施工。依托无人机技术，可以实现对林业生态修复工程现场施工、物资搬运的有效指挥，保证定位的精准程度。即便是在立地条件较差的山区，无人机技术也能发挥出极大的作用，使人工劳动危险系数及人力投入量明显降低。在当前的实践中，在大坡度山地、石漠化治理、矿山修复等立地条件相对较差的区域实施生态修复工程的过程中，无人机技术得到了较为广泛的应用，对工程施工起到了一定的辅助作用。

2.1.3 全过程跟踪管理。应用无人机能实现对林业生态修复工程的全过程监管，保证监管数据化、可视化，促进林业生态修复工程监理逐步朝着现代化方向发展。通过无人机航拍，能实时分析工程进度及施工效果，并与设计方案进行对比，提升管理质量。另外，无人机能为现场管理、危险预警、安全监控等提供辅助支持，保证能及时定位、发现危险点，使危险施工地段的现场排险检测成为现实。

2.1.4 核查验收。将无人机航拍的实时定位与设计图相对比，可以实现对林业生态修复工程成效及质量水平的有效判断；将无人机航拍的正射影像与设计图相对比，能完成对造林面积的精准核算。

2.2 在森林资源外业调查中的应用

森林资源外业调查的作业量相对较大，难度及危险系数较高，而无人机技术的应用能有效解决这些问题。在当前的森林资源外业调查实践中，无人机技术主要在以下3个方面得到应用。

2.2.1 测算森林面积。在以往的森林面积测算实践中，主要利用卫星遥感影像与人工实地探查综合完成，整个操作受天气条件及季节变化的影响较大，导致林业资源调查的难度大大提升。而依托无人机技术能规避上述因素影响，实现对调查时间的灵活选择，可以选取在更为良好的天气条件下展开森林面积测算，结合航测所形成的正射影像及地理信息软件的应用，完成对高清晰度航拍影像的叠加分析，从而达到精准测算森林面积的目的，为后续森林覆盖率确定提供参考。

2.2.2 测算林分结构。林分结构测算在森林资源调查中占据着极为重要的地位，主要针对森林郁闭度、林分密度、树种组成、树高和树径等因素展开测定，为森林质量评价、生态系统稳定性评价及森林生物多样性评价提供参考。实践中，通过无人机技术的应用，能更高效地完成对林地内各种数据的全面采集，并以此为基础完成三维立体模型的搭建，获取更为精准的冠幅、树高等数据，为森林郁闭度、面积和林木胸径等参数的测算提供支持，最终达到精准判断林分结构的目的。

2.2.3 估算森林蓄积量。森林蓄积量估算，指的是确定一定森林面积存在的林木树干总材积，以此为基础判断森林资源丰富度，实现对林地生产能力及森林质量的有效评判。依托无人机技术，可以结合无人机立体影像完成三维模型的搭建，获取各类参数，从而完成对森林蓄积量的有效估算。

无人机技术在森林资源外业调查中的应用，将极大地提高森林资源调查、监测、核查的精准度，有效解决森林资源清查、设计踏查、管理巡护的技术难题，为林业发展提供科技支撑。同时，以此为基础，在当前与未来的发展中切实将无人机技术应用于森林管护、资源调查、营林核查等林业建设领域，使森林资源保护与管理进入现代化阶段。

2.3 在林政管理中的应用

在林政执法工作实践中，普遍面临监测追踪难度较高、现场勘查难度较大、调查取证相对困难等问题。在传统林业执法实践中，相关部门主要使用林区设卡检查的方式，结合施工现场调查、采伐现场调查完成相关工作，整体危险性较高且效率偏低［3］。而在林业执法工作实践中引入无人机技术，能迅速完成相关证据的锁定，使现场勘查及行为追踪成为现实，相应作业效率、质量水平同时提升，为林地管理工作的高质量开展提供更好的支持，推动林业发展水平持续提升。从这一角度来看，无人机已成为林政管理中必备的技术装备。在日常监管工作中，可以利用无人机完成定点巡查及宣传喊话；在执法行动中，可以借助无人机完成对违法行为的及时制止、快速响应、拍照取证等。

2.4 在森林防火中的应用

将无人机技术应用于森林防火中，能实现将传统巡护模式与科技巡护模式有机结合，达到加大森林防火巡护管控力度、消除常规监控死角的效果。无人机具有机动性强、灵活度高、监测范围广、操作灵活等特点。在实践中可以依托无人机完成林区内的防火宣传与语音播报，支持重点防火区的定点巡飞巡查工作，且可以辅助开展森林火灾现场指挥工作。现阶段，应用无人机实施森林防火工作广受关注，我国多数林场、林区纷纷在森林防火体系构建及防火工作实践中引入无人机技术，以使林场内部无人值守管理逐步成为现实，并提升森林防火的安全性及效率性。目前，多数林场在无人机技术的支持下逐步建立并推行森林火灾预警及远程管控工作机制。利用无人机全方位摄像、实时传输视频图像的优势，森防员可以更清晰地查看林区内各种动态信息，有效解决林场地理环境复杂的无人区、边界区的巡查难题，能及时发现监控区域死角内的火点和冒烟点，缩短森林巡查时间，形成智能立体防控监测体系，从而提高森林巡护与预警能力。

需要注意的是，为确保无人机技术能在森林火灾预防与救援的各项工作实践中得到切实应用，最大化发挥无人机技术的优势，需要重视对无人机技术的持续更新，并加大对林业从业人员的专业技术培养力度，确保其熟练掌握无人机技术并能应用于实际工作中。相关部门应针对林业从业人员定期展开无人机技术培训，讲授无人机知识、相关法律法规及森林防火应用技能，并在培训现场组织无人机操作演练，以提高林业从业人员对无人机的认识，为使用科技手段保护森林资源安全打下坚实的基础；应采用理论学习与实践操作相结合的方式，开设无人机基础知识、无人机飞行器拆装、飞行注意事项、飞行界面的功能、无人机使用方法和飞行操作、模式校准、飞行控制、定点降落、参数调整、设计航线、影像传输及维修保养等课程，着力培训无人机操作技术人员，以此保证无人机技术可以在森林防火实践中得到高质量应用。

2.5 在森林病虫害防治中的应用

森林病虫害防治是维护林区健康发展的重点工作。在实践中，要求林区大力实施大生态战略行动，坚持“预防为主、科学治理、依法监管、强化责任”的防治方针，强化联防机制，落实防控责任，切实做好调查监测工作，加大检疫执法力度，实施全面的防治措施，保护好森林资源生态安全［4］。在当前的森林病虫害防治工作中，可以利用无人机进行“飞防”处理。目前，飞防技术是一项成熟、通用、常规、安全的防治措施，飞防用药全部选用仿生或生物制剂，对人、畜等安全无害。无人机喷药具有飞行高度低、喷药精度高、药物浪费少、省时省力等优点，同时能解决山高坡陡、人力短缺等问题。相较传统喷雾机防治，无人机喷药在提高施药精准性、药液穿透力、防治效率和效果等方面更具优势，使森林病虫害机械化防治向智能化防治转变。需要注意的是，为了保证飞防最终成效，必须充分做好防治前期的准备工作，而且药物种类和用量的选定需符合持续控制害虫的需要和无公害防治要求，以助力大幅降低林区病虫害发生率。

3 无人机技术在林业中的应用前景展望

随着我国社会经济的不断发展，无人机技术将迎来更为广阔的发展空间，并逐步朝着多功能方向发展。特别是在现阶段无人机技术逐步发展成熟的背景下，其已被作为一种获取信息数据、开展实时监控工作的关键手段与技术，为我国林业发展提供了有力的支持。与传统林业监测方法相比，基于无人机技术的监测方式效率、灵活性更高，且产生的损耗较低，在林区调查过程中可以迅速获取分辨率更高及多尺度的数据信息。因此，在当前的林业发展中，无人机技术得到了广泛应用［5］。从实际应用情况来看，现阶段无人机技术在技术层面、作业环境、相关法律法规层面等均受到一定程度的限制。要想推动无人机技术在林业中的应用范围的进一步扩展，需要在推动无人机持续轻量化发展、提升无人机负载能力的基础上，提高其续航能力，并同时实现对其制造成本及使用成本的有效控制，进一步优化无人机机载传感器的性能，切实满足林业发展需求。