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浅谈无人机遥感技术在林业资源调查中的应用

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  摘 要:无人机遥感技术是近几年兴起的一项监测技术,其融合了地理信息技术和全球定位技术,将其应用在林业资源调查中,能够更好的提升调查准确性,为林业各项活动的开展以及病虫害的防治提供可靠依据。
  关键词:无人机遥感技术;林业资源调查;病虫害防治
  随着无人机生产及荷载技术的日渐成熟和研究的不断深入,无人机遥感在各行业的应用也得到了普及。对于林业资源调查来说,虽然该技术仍处在初级阶段,不过发展前景较为广阔,对于推动智慧林业的发展有着重要意义。
  一、无人机技术
  无人机技术因其自身操作简单、能耗少、污染低、节约人力等优势被广泛应用在各个领域中,如测绘、农业植保等。近几年,无人机技术被逐渐应用到林业领域内,通过红外线扫描、多光谱成像设备等的应用,这有效提高了林业资源调查的准确性、快速性和可靠性,为林业建设奠定了坚实基础。
  二、无人机遥感技术的优势
  1.自动化的处理。利用无人机遥感技术进行数据获取过程,数据的自动处理以高精度实现。通过对航空摄影材料和各种工作设备的各项指标的修正,为后续的精度测量和计算提供保障。使用无人机遥感技术时,无需对航拍的姿态信息实行任何更改。在航拍过程中,只有地面上的GPS信息系统启动,操作人员可以根据定位系统对航拍后的结果实施处理。将收集的数据转换为可读的DOM和DEM数据。在这种环境中,可以提供一些可以读取和识别的文件,与测量软件形成完美的连接。
  2.调查结果的全面性。无人机遥感技术的应用,能够实现对DOM文件的切割,并形成一个新的浏览软件,便于工作人员查看;通过该软件和技术的应用,能够将相关信息集成一个三维立体模型,保证了信息数据的传输效率和精准度;而且该技术的应用还可以对监测结果及图像予以自动修改和切割。通过该方法可以防止观测角的畸变,形成良好的卫星遥感图像;系统也提供了自动分析地形的软件,也就是说,可以形成DSM模型,使用标准的GIS软件,测量该区域的坡度和距离,进而得到相应的等高线。
  3.高空间分辨率。利用无人机遥感系统进行数据采集和计算,是根据图像的内容自动标定区域网络的信息,使用一种独特的空间算法和优化技术。数据和其他信息以标准化的格式输出,完美地结合了摄影和测量工程。在测量过程中不需要额外的定位软件,因为GPS系统可以精确的计算地理位置。如果在测量过程中有更高的精度要求,可在任何时刻完成添加。计算结果表明,该方法可以控制轮廓线与1:20的比值,提高了空间分辨率。
  4.具有较高的反应速度。无人机遥感技术的应用提升了信息数据采集和处理的效率。通过相关调查结果显示,通过无人机遥感技术的应用可以将原有的马赛克数据和DEM数据处理的时间缩短到几分钟以内,且对于数据处理过程中的硬件要求也相对较低,更好的保证了系统的运行,加强了数据使用的便利性。
  三、无人机遥感技术在林业资源调查
  1.在林木调查规范中应用。在传统的林业资源调查过程中,对于林地种类、树种和蓄积量的界定,还有对于营造林的核查等方面的调查,都要以人作为整个调查的主体,并安排相应的调查对象完成实地勘察。无人机遥感技术可以直接通过搭载高光谱成像仪,对目标区域进行灵活的、高清的调查,并提供各种所需的遥感影像信息,真正为林地资源管理工作奠定良好的基础。且直接利用微型无人机搭载激光雷达平台,小型定位传感器也可对林地的变化实行检测,并以无人机的航拍影像为基础,有效融合相关的地理信息系统,开发一个新的林业资源调查系统,这样就能够快速、精确的提取各种航拍影像信息,实现林业资源调查工作的数字化、信息化。
  2.能够提取林地生物量信息
  (1)树高信息获取。树高信息的监测是为了及时掌握树木的生长情况以及林地条件。无人机遥感技术所拍摄的影响数据在通过处理后,可直接形成正射影像和三维点云,再通过最大类间方差法的应用,精确的计算出树木的整体高度,为后期林业规划工作提供了帮助。同时在监测过程中,还可以通过全数字摄影测量的方式,对树高进行准确估测,进而为后续工作提供依据。
  (2)林冠层信息提取。无人机遥感技术可以对林冠层结构的相关信息实行及时收集和整理,保证林业调查工作的质量。现阶段最常使用的提取方法有目视解译和面向对象法这两种,其中面向对象法是利用图像处理软件,结合影像纹理和光谱完成图像分割,快速获取信息的一种手段,其也可进行大尺度估计,以快速获得森林乔木覆盖率和叶面积指数等乔木冠层信息。
  (3)胸径与生物量信息。胸径、蓄积量是判断林龄、森林质量和效益的重要指标,其主要是通过航空数字影像信息集合目标参数模型反演获得,可以根据已获取的指标数量建立一元、二元乃至多元航空立木材积表。主要通过已获得的单木冠幅与实地调查林木胸径建立胸径—冠幅回归模型,获得单木胸径,再根据胸径—材积模型得到单木材积,并参照调查样地的植株密度计算林分蓄积,总体精度能达到90%以上。另一种方式是通过对获取的影像和激光雷达数据得到完整的点云数据,利用点云数据建立生物量预测模型。通过此技术可以提高森林资源调查效率、降低成本,但精度仍有待提高。
  (4)其他信息获取。无人机航拍遥感能够以较低成本获取大量林木信息,其在森林资源调查和大规模森林清查方面具有诸多优势。通过搭载不同类型传感器以获得不同波段光谱信息,极大的增强了无人机森林调查能力。采用多种数据信息处理软件,对信息进行后期处理以获得树种及其空间分布等大量基礎信息,也可通过搭载高分辨率或特定镜头,结合后期处理和人工判别,完成对某一目标树种的信息提取或树种分类以及研究区域内树木空间分布情况。相关研究表明,通过无人机航拍获取高分辨率影像,并从中提取能反映林分空间结构特征的混交度、角尺度、大小比及树冠竞争等指数。
  3.能够监测林地病虫害。尽管近年来我国林业资源得到了大面积的拓展,但我国林地资源生态系统还是较为薄弱,而病虫害作为威胁林木健康生长的主要原因,依然需要加强对林地病虫害的监测。无人机遥感技术在林业病虫害监测中的应用,就能大范围的监测森林病虫害问题,直接搭载可见光相机等设备,对目标区域的松线虫或者其他病虫害进行有效监测。比如可以搭载多波段成像传感器的低空多旋翼无人飞行器,来对柑橘黄龙病进行研究,通过对530-900nm波段的数据和植被指数数据的分析,能够准确辨识树木的黄龙病,在辨识病虫害之后,还能够直接挂载农药喷雾器,对树木展开及时的防治工作。
  四、结语
  综上所述,林业对于我国生态环境的发展有着不可替代的作用,而林业资源调查则是保证林业工作开展的基础。通过无人机遥感技术的应用,能够更好的提升林业资源调查的效率,从而为林业规划提供充足的数据支持,为我国社会建设奠定坚实的基础。
  参考文献:
  [1]路宽,佘振维,王圣先.无人机遥感在森林资源监测中的应用[J].低碳世界.2017(34).
  [2]张权,黄世贵,侍昊.无人机遥感技术在林业资源调查与监测中的应用概述[J].陕西林业科技.2017(06).
  [3]邹培华.基于无人机遥感技术的环境监测研究进展[J].资源节约与环保.2018(04).
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