低空无人机遥感技术与其在森林资源监测中的应用

作者:未知

  摘要:低空无人机遥感技术可以大幅节省传统森林资源监测工作人力物力,是森林资源监测技术的主要发展目标,本文整理了低空无人机遥感技术现状,探究了无人机遥感监测系统的原理、目前的技术水平和工程应用方法,分析了下一步研究的方向。
  [关键词]低空无人机森林监测航空遥感
  1引言
  森林资源规划统制的重心之一即为森林资源的调查与监测,作为完成林业可持续筹划的重要手段和建设生态文明的主要工作,森林资源监测对森林资源数目、品质、生长、能量消耗和与其相关的一系列活动变化进行追踪监测,以待为实现森林资源有效管理提供决议支撑。在传统森林资源监测系统中,我国已投入大量人力物力维持,但其效果并不显著,主要体现在观察周期长、机会成本过高且工作强度难以承受,尤其是地貌纵横交错的西南地区,进行地面勘察劳动强度更大。
  随着我国军事能力不断提升,军事解禁以及低空空域全面开放也已顺理成章,我国各项研究项目的研发成本不断下降、科技实力持续攀升、工业产业链日渐成熟,低空空域无人机的应用逐渐普及。
  从我国林业发展的需求层面来看,契合林业发展重心应为其根源性改变,为林业资源信息采集与监测提供创新性思路已成为迫在眉睫的大事。低空空域无人机遥感信息采集技术为现代林业、智慧林业等概念提供了可靠的技术支持,使得森林资源信息采集由低效率、低质量迈向了数字化、智能化、信息化时代。
  综上所述,针对中小领域森林资源信息采集和监管需求,进一步提升采集人员工作质量,以智能化、高效率、集成化为基本理念,实施低空无人机遥感监测系统研究。为推进我国以至国际森林资源监测向一体化、数字化、智能化的高速发展具有重大意义。
  2国内外森林资源监测系统
  森林大都具有地域广阔、树木生长周期长、消耗劳动力众多等特点,森林管理单位不得不制定生产计划,这使得森林资源调查工作成为重中之重。目前,世界上仍通行总体抽样调查与林分逐级汇总两大主要森林监测技巧。
  2.1国外森林资源监测
  德国、瑞士作为拥有上百年森林资源管理经验的国度,早期其调查方法和编制方案以大范围抽样建立固定样地为主。国家森林普查系统涵盖土壤和森林调查、生物监测多样性等建立起一个全新的全国性的森林资源监测系统,统计结果逐级上报汇集,建立大数据库并形成网络,具备数据更新速度快、信息来源可靠等特点。
  美国森林资源管制主要以州为单位逐一展开资源调查,由GIS进行全国范围内汇总,以三阶抽样设计为主,平均每年各个州清查20%固定样地代替过去每年用于清查的若干样地,归纳FIA与FHM的野外调查数据,每1a与每5a得出一次森林资源清查汇报。
  加拿大的森林资源调查主要由各省掌管,主要汇集各省报备的图片和数据合成全国图,实现各省合作,进而得到统一标准。其调查方式主要侧重航片与卫片,地面调查辅之,经由计算机与数学模型处理,每年更新一次调查数据,卫星图像分析技术、数字地形模拟技术的广泛应用极大程度上提高了数据管理与监测能力和灵活程度。
  2.2国内森林资源监测
  1998年起,我国逐步建立国内森林资源监测系统,以东北、西北、中南、华东共四个区域为中心枢纽建立森林资源监测中心,利用现代科技信息技术实现对森林信息的全面清查。
  目前成功建立的以固定样地为根基技术体系高质量的完成了宏观监测,而基层经营管理单位必须有一定精确度、间隔期短又详细的信息。
  为了顺应林业工作向生态环境建设的转型,森林资源监测的内容与任务也在完成巨大转折,依赖先进的无人机遥感技术、大数据库、GIS技术辅以地面调查,逐步建立科学监测体系,实现森林资源多方面综合监测。
  2.3森林资源监测系统的特点
  (1)需全方位采集森林信息数据,如:树木生长状况、野生动植物种类及数量、湿地资源位置。这些信息需消耗大量人力物力完成,且仅仅依靠工作人员的工作时间去统计数据难以完成对森林生态系统全面综合的考量。
  (2)监测周期趋于年度化,目前,各国森林资源监测周期逐步缩减至1a,监测周期变短调查数据的可信度也会大大提高,适应各界用户对森林资源信息准确度的要求。
  (3)加大科技创新在森林监测体系中的应用,使得数据采集更加精确,在未来森林资源监测与规划中发挥更大的作用。
  3低空无人机遥感技术现状
  低空无人机遥感技术主要依靠较为先进的无人飞行器驾驶技术、GPS差分定位技术、遥测遥控技术和遥感应用技术等创新型技术,高速智能的采集各种相关资源的空间遥感资源,对其进行智能分析并實时管制,针对采集信息反映出的对应特征分析得出技术处理措施。一种由UAV为平台,大量成像与非成像传感器作为重要载荷,飞行高度不超过几千米,高速传输遥感影像、视频等统计结果的测量系统被称之为无人机遥感技术。
  无人机遥感技术凭借其卓越的机动性、低成本、专业化和体积微小等特点,搭配高分辨率的传感器、激光扫描仪和机载雷达等技术能迅速直接的监测到空间区域信息。采用机载LiDAR技术能透过植被的枝叶缝隙抵达地表,破解了高密度植被覆盖区域无法采集信息的难题,并通过采集进程中的多次回波传递出的信息区分地表其他植被与地物的特征,进而直接供应植被在垂直结构下的信息。
  无人机相较其他飞行器来讲,机动相应指数极高,能够越过地面迅速到达目标空域,起”飞时间短,操作技能日趋智能化、自动化,飞行过程中的校对与调整完成了对目标的准确丈量。无人机遥感技术最大的特征即为能够快速获取高分辨率的遥感影像数据,图像获取的空间分辨率可达分米级,具有垂直、倾斜及面积覆盖成像技术。
  目前,无人机遥感监测技术已经渗透入各行各业的研究领域中,但我国森林资源生产监管中的无人机遥感技术仍旧处于初级研究阶段,无人机在小空间区域内高效率的采集信息使其在森林监测中优势尽显,从而又一步满足森林监测系统对高时效信息采集的急切需求。   4无人机遥感系统与森林资源监管
  无人机遥感技术是用来监测森林资源最先进的方法之一,通过热红外、多光谱等传感器穿过植被间空隙以像元和面对像相结合的方式,对地表覆盖物光谱、形状特点和纹理进行综合考量,并以此分析结果作为划分植被与地物的标准。与此同时,三维激光扫描技术正处于高速发展阶段,其最大的特点即为高效率、不可触碰、易穿透,因此被广泛应用于农林業、交通领域与城乡建设等多个领域。
  河南四维远见信息技术有限公司与武汉中海达数云技术有限公司都在产品研发方面做出了突出贡献。河南四维远见信息技术有限公司研发了一种低空轻小型红外与激光雷达集成系统,此项研究成果真正意义上实现了对航测的全天全时需求。
  武汉中海达数云技术有限公司还提出了一种小型无人机机载三维激光测量装置,本发明实现了真正意义上的一体化需求,点云与全景影像无缝连接,操控方便,安装简便。现有的基于无人航空器的三维激光雷达与可见光传感器的融合方案还存在着一些空白,上述提到的集成装置操作复杂,不易携带,价格昂贵,同步性差,两者在使用上都有着一”定的局限性。
  5总结展望
  5.1应用方面
  无人机遥感技术具有其独特的优势,可以在以往的传统农林作业,发展,规划智慧城市,以及新农村建设和考古,救援等应用中占据更多的比例,这将对改善和提升遥感动态观测体质质量及服务方面具有重大意义,但在无人机遥感技术自身和其发展中,目前仍存在一些未经完善的问题所以还需要技术方面的的突破和政策上的支持。
  5.2技术方面
  在技术方面,通过修建更高水准的联合研究院,从飞行平台气动布局及结构的设计,制造的技术,能源供给和助力系统,飞行控制与导航控制方向来说都是解决问题的关键和难题,另外从微型高效的一体化智能传感技术,无人机的发射和回收技术出发还需要加强无人机遥感技术的技术,使无人机遥感技术更小,更精,更智能,往集成化,模块化深度发展,同时研究并开发高性能的遥感数据处理系统是发挥其独特优势及广泛应用的基础。
  5.3政策方面
  在政策方面来讲,介于民用无人机航空遥感大多在小于3千米的低空区域内工作,所以应广泛吸取并采纳国外的先进经验,加快了解低空无人机遥感业务”飞行指南,在加强了无人机遥感技术飞行保障从业人员的职业能力估测和监管机制并在无人机航拍作业基本条件和基本绘测基础上,同其他应用管理单位及机构,分类并详细规定各行业的无人机遥感技术建设内容,技术标准和考验标准,为无人机遥感市场的健康,稳定发展提供可靠的产品质量保证及服务的标准。
  参考文献
  [1]冯家莉,刘凯,朱远辉等.无人机遥感在红树林资源调查中的应用[J].热带地理,2015,35(01):35-42
  [2]雷添杰,宫阿都,李长春等,无人机遥感系统在低温雨雪冰冻灾害监测中的应用.[J].安徽农业科学,2011,39(04):2417-2419.
  [3]张园,陶萍,梁世祥等。无人机遥感在森林资源调查中的应用[J].西南林学院学报,2011,31(03):49-53.
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