低空無人機遙感技術與其在森林資源監測中的應用
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摘要：低空無人機遙感技術可以大幅節省傳統森林資源監測工作人力物力，是森林資源監測技術的主要發展目標，本文整理了低空無人機遙感技術現狀，探究了無人機遙感監測系統的原理、目前的技術水平和工程應用方法，分析了下一步研究的方向。
[關鍵詞]低空無人機森林監測航空遙感
1引言
森林資源規劃統制的重心之一即為森林資源的調查與監測，作為完成林業可持續籌劃的重要手段和建設生態文明的主要工作，森林資源監測對森林資源數目、品質、生長、能量消耗和與其相關的一系列活動變化進行追蹤監測，以待為實現森林資源有效管理提供決議支撐。在傳統森林資源監測系統中，我國已投入大量人力物力維持，但其效果并不顯著，主要體現在觀察周期長、機會成本過高且工作強度難以承受，尤其是地貌縱橫交錯的西南地區，進行地面勘察勞動強度更大。
隨著我國軍事能力不斷提升，軍事解禁以及低空空域全面開放也已順理成章，我國各項研究項目的研發成本不斷下降、科技實力持續攀升、工業產業鏈日漸成熟，低空空域無人機的應用逐漸普及。
從我國林業發展的需求層面來看，契合林業發展重心應為其根源性改變，為林業資源信息采集與監測提供創新性思路已成為迫在眉睫的大事。低空空域無人機遙感信息采集技術為現代林業、智慧林業等概念提供了可靠的技術支持，使得森林資源信息采集由低效率、低質量邁向了數字化、智能化、信息化時代。
綜上所述，針對中小領域森林資源信息采集和監管需求，進一步提升采集人員工作質量，以智能化、高效率、集成化為基本理念，實施低空無人機遙感監測系統研究。為推進我國以至國際森林資源監測向一體化、數字化、智能化的高速發展具有重大意義。
2國內外森林資源監測系統
森林大都具有地域廣闊、樹木生長周期長、消耗勞動力眾多等特點，森林管理單位不得不制定生產計劃，這使得森林資源調查工作成為重中之重。目前，世界上仍通行總體抽樣調查與林分逐級匯總兩大主要森林監測技巧。
2.1國外森林資源監測
德國、瑞士作為擁有上百年森林資源管理經驗的國度，早期其調查方法和編制方案以大范圍抽樣建立固定樣地為主。國家森林普查系統涵蓋土壤和森林調查、生物監測多樣性等建立起一個全新的全國性的森林資源監測系統，統計結果逐級上報匯集，建立大數據庫并形成網絡，具備數據更新速度快、信息來源可靠等特點。
美國森林資源管制主要以州為單位逐一展開資源調查，由GIS進行全國范圍內匯總，以三階抽樣設計為主，平均每年各個州清查20%固定樣地代替過去每年用于清查的若干樣地，歸納FIA與FHM的野外調查數據，每1a與每5a得出一次森林資源清查匯報。
加拿大的森林資源調查主要由各省掌管，主要匯集各省報備的圖片和數據合成全國圖，實現各省合作，進而得到統一標準。其調查方式主要側重航片與衛片，地面調查輔之，經由計算機與數學模型處理，每年更新一次調查數據，衛星圖像分析技術、數字地形模擬技術的廣泛應用極大程度上提高了數據管理與監測能力和靈活程度。
2.2國內森林資源監測
1998年起，我國逐步建立國內森林資源監測系統，以東北、西北、中南、華東共四個區域為中心樞紐建立森林資源監測中心，利用現代科技信息技術實現對森林信息的全面清查。
目前成功建立的以固定樣地為根基技術體系高質量的完成了宏觀監測，而基層經營管理單位必須有一定精確度、間隔期短又詳細的信息。
為了順應林業工作向生態環境建設的轉型，森林資源監測的內容與任務也在完成巨大轉折，依賴先進的無人機遙感技術、大數據庫、GIS技術輔以地面調查，逐步建立科學監測體系，實現森林資源多方面綜合監測。
2.3森林資源監測系統的特點
（1）需全方位采集森林信息數據，如：樹木生長狀況、野生動植物種類及數量、濕地資源位置。這些信息需消耗大量人力物力完成，且僅僅依靠工作人員的工作時間去統計數據難以完成對森林生態系統全面綜合的考量。
?。?）監測周期趨于年度化，目前，各國森林資源監測周期逐步縮減至1a，監測周期變短調查數據的可信度也會大大提高，適應各界用戶對森林資源信息準確度的要求。
?。?）加大科技創新在森林監測體系中的應用，使得數據采集更加精確，在未來森林資源監測與規劃中發揮更大的作用。
3低空無人機遙感技術現狀
低空無人機遙感技術主要依靠較為先進的無人飛行器駕駛技術、GPS差分定位技術、遙測遙控技術和遙感應用技術等創新型技術，高速智能的采集各種相關資源的空間遙感資源，對其進行智能分析并實時管制，針對采集信息反映出的對應特征分析得出技術處理措施。一種由UAV為平臺，大量成像與非成像傳感器作為重要載荷，飛行高度不超過幾千米，高速傳輸遙感影像、視頻等統計結果的測量系統被稱之為無人機遙感技術。
無人機遙感技術憑借其卓越的機動性、低成本、專業化和體積微小等特點，搭配高分辨率的傳感器、激光掃描儀和機載雷達等技術能迅速直接的監測到空間區域信息。采用機載LiDAR技術能透過植被的枝葉縫隙抵達地表，破解了高密度植被覆蓋區域無法采集信息的難題，并通過采集進程中的多次回波傳遞出的信息區分地表其他植被與地物的特征，進而直接供應植被在垂直結構下的信息。
無人機相較其他飛行器來講，機動相應指數極高，能夠越過地面迅速到達目標空域，起”飛時間短，操作技能日趨智能化、自動化，飛行過程中的校對與調整完成了對目標的準確丈量。無人機遙感技術最大的特征即為能夠快速獲取高分辨率的遙感影像數據，圖像獲取的空間分辨率可達分米級，具有垂直、傾斜及面積覆蓋成像技術。
目前，無人機遙感監測技術已經滲透入各行各業的研究領域中，但我國森林資源生產監管中的無人機遙感技術仍舊處于初級研究階段，無人機在小空間區域內高效率的采集信息使其在森林監測中優勢盡顯，從而又一步滿足森林監測系統對高時效信息采集的急切需求。 4無人機遙感系統與森林資源監管
無人機遙感技術是用來監測森林資源最先進的方法之一，通過熱紅外、多光譜等傳感器穿過植被間空隙以像元和面對像相結合的方式，對地表覆蓋物光譜、形狀特點和紋理進行綜合考量，并以此分析結果作為劃分植被與地物的標準。與此同時，三維激光掃描技術正處于高速發展階段，其最大的特點即為高效率、不可觸碰、易穿透，因此被廣泛應用于農林業、交通領域與城鄉建設等多個領域。
河南四維遠見信息技術有限公司與武漢中海達數云技術有限公司都在產品研發方面做出了突出貢獻。河南四維遠見信息技術有限公司研發了一種低空輕小型紅外與激光雷達集成系統，此項研究成果真正意義上實現了對航測的全天全時需求。
武漢中海達數云技術有限公司還提出了一種小型無人機機載三維激光測量裝置，本發明實現了真正意義上的一體化需求，點云與全景影像無縫連接，操控方便，安裝簡便?，F有的基于無人航空器的三維激光雷達與可見光傳感器的融合方案還存在著一些空白，上述提到的集成裝置操作復雜，不易攜帶，價格昂貴，同步性差，兩者在使用上都有著一”定的局限性。
5總結展望
5.1應用方面
無人機遙感技術具有其獨特的優勢，可以在以往的傳統農林作業，發展，規劃智慧城市，以及新農村建設和考古，救援等應用中占據更多的比例，這將對改善和提升遙感動態觀測體質質量及服務方面具有重大意義，但在無人機遙感技術自身和其發展中，目前仍存在一些未經完善的問題所以還需要技術方面的的突破和政策上的支持。
5.2技術方面
在技術方面，通過修建更高水準的聯合研究院，從飛行平臺氣動布局及結構的設計，制造的技術，能源供給和助力系統，飛行控制與導航控制方向來說都是解決問題的關鍵和難題，另外從微型高效的一體化智能傳感技術，無人機的發射和回收技術出發還需要加強無人機遙感技術的技術，使無人機遙感技術更小，更精，更智能，往集成化，模塊化深度發展，同時研究并開發高性能的遙感數據處理系統是發揮其獨特優勢及廣泛應用的基礎。
5.3政策方面
在政策方面來講，介于民用無人機航空遙感大多在小于3千米的低空區域內工作，所以應廣泛吸取并采納國外的先進經驗，加快了解低空無人機遙感業務”飛行指南，在加強了無人機遙感技術飛行保障從業人員的職業能力估測和監管機制并在無人機航拍作業基本條件和基本繪測基礎上，同其他應用管理單位及機構，分類并詳細規定各行業的無人機遙感技術建設內容，技術標準和考驗標準，為無人機遙感市場的健康，穩定發展提供可靠的產品質量保證及服務的標準。
參考文獻
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