无人机在林业行业中的应用和实践
彭景润（盘州市普古乡农业农村综合服务中心，贵州六盘水553522）
摘要：无人机技术在林业管理中的应用日益广泛，展现出显著优势。探讨了无人机在森林监测、病虫害防治、植树造林、森林防火和执法等方面的应用，分析了其高效、精准和灵活的特点。通过搭载多种传感器，无人机能够实时获取森林资源信息，提高管理效率和数据精度。此外，还分析了无人机在复杂环境中的适应性及其关键技术特性。基于现有技术的评估，展望了无人机在林业领域的未来发展，提出了优化与推广建议，为无人机在林业中的广泛应用提供理论依据和技术支持。
由于全球气候变化和生态环境问题不断加剧，林业资源保护与可持续管理已成为紧迫任务。传统林业管理依赖地面调查，耗时且成本高，难以满足现代需求。无人机技术因其高效、精准、灵活的特点，成为森林监测、病虫害防治和防火领域的重要工具，提供了新的管理方案。
1林业应用无人机的优势分析
1.1提高精准度
借助先进的信息科技，利用无人机进行林业数据的精确输入。使用无人机进行林业测量，能够达到厘米级的精密测量；在森林定位上，它能够做到分米级的精密定位；在森林摄影方面，能够产生从不同角度的高质量图片；在协助森林操作方面，能够做到精确的管理和细致的建设。
1.2提升效率
无人驾驶的工作效能是传统手动操作的几十倍，有时可能超过100倍。例如，无人机在森林监测方面具有显著的优势。逐日而论，无人驾驶飞行器对森林的巡查覆盖范围达到了人力巡查的39倍之多；在林木资源防护方面，多旋翼型无人机所能守护的区域是人力防护范围的20倍，固定翼型无人机则能守卫远超人力33倍的森林面积。这些数据凸显了无人机在提高森林管理效率和保护力度方面的巨大潜力[1]。
1.3提高安全系数
无人飞行器可以抵御诸如高山、深渊等自然地形和极端的寒冷、炎热的天气，既可以有效执行预设的任务，
也可确保操作者的安全。比如，对于人类无法接触的地方，利用无人机可以从多个视角进行航拍并收集相应信息。无人驾驶器可以在如森林大火、地震、动物疾病暴发等危险环境中执行任务，从而降低工作人员的工作危险。
1.4提高智能水平
利用人工智能科技，无人机有能力对野生动物进行智能辨认，其在疾病和虫害（如松材线虫）的调研中精度超过95%，同时也具备执行自动化的地图测量与数值处理的功能[2]。逐日而论，遥控飞行装置不仅能充当信息传递的桥梁，推动数据的相互联通与共用，同时借助虚拟现实手段可完成远端操控和即时沟通，因此，能够增强管理的功效与应变速度。
2无人机系统及技术特点
2.1无人机系统及有效载荷
无人驾驶的理论并非只局限于飞行器本体，而是一个全方位的体系，涵盖了地面设备。UAS，即无人机系统，其核心构造由一系列的设备组成，这些设备都具备完成特殊任务的功能。该类装置主要集成了多旋翼飞行器、地控中心、任务载荷、定位导航、数据传输链路、起降回收装置以及推进机构[3]（图1）。
在森林资源管理领域，主要有3类遥控飞行器被运用，分别是固定翼飞机、多轴旋翼机以及自主飞行的直升飞机。虽然在飞行速度和持久飞行的性能上，固翼型无人飞行器胜过多旋翼型无人飞行器，但固翼无人机起飞和着陆的场地要求特定，制约了其应用范围。目前，由于对于起飞和降落的环境需求较少、布局方式更加灵活、花费更少以及操控更加方便，所以多旋翼无人机的使用范围非常广。无人驾驶的直升机能够自由地在天空中停留，其对起降环境的需求相较于固定翼无人机更少，其在空中的移动非常自如，但其操作技巧需求较高，并且成本较高。
林务遥测任务通常会采用一系列检测器械，如可见光照相机、录像机、红外线热成像仪、高光谱扫描仪、合成孔径雷达以及激光测距雷达等多种仪器设备。根据具体的监测需求，应选择合适的传感器类型，以确保获得精确作者简介：彭景润（1976－），男，苗族，本科，工程师，研究方向：林业。的监测数据并有效支持林业管理与保护工作（见表1）。
2.2无人机的技术特点
（1）无人驾驶器不必依赖于驾驶员的随意驾驶，其驾驶员的标准相较于载客飞机更为简单，但驾驶者同时也必须具备相应的专业知识，以便在执行特定任务时能保证其平稳且可信赖地进行。（2）无人机拥有出色的适应环境性能，能在人类难以触及的地带完成作业。（3）无人飞行器的组装与分解操作极为便捷，可便利地调整装备以满足多样化的任务要求和使用环境。信息技术飞速进步之际，无人飞行器的采集与传递信息的能力极为卓越，可准确无误地完成既定任务。这表明在现实操作领域，无人机技术展现了其广泛的使用范围、卓越的功能性以及极其灵巧的适应能力。
2.3无人机技术应用的方法和步骤
2.3.1选择起飞点。在驾驶无人机时，首要任务是确定飞行地点地形开阔，周围不应有任何信号干扰设备。另外，挑选起飞地点应优先考虑海拔更高的地方。因为无人机所捕捉的照片都是直接的，并且需要满足超过70%的图像重复性。通常，会采用精灵4型号的无人机进行工作，其最大航线为500m[4]。假设选定的起飞点海拔较高，就能保证被捕获的区域和无人机之间的相对高度差距更大，从而保证图像的重复性满足相应的标准。
2.3.2执行飞行任务。确定起飞位置后，根据步骤调整适当的航空参数，然后在DJGSPro界面点击右侧的飞机标志，将会展现预备航班的对话窗口，可显示所有的电力、GPS、相机等必要的参数，数据传递结束，便可立即启动飞行，根据已经确定的路径拍摄预先规划的区域，以此作为森林研究的基础（图2）。
2.3.3成果数据叠加。飞行任务完成后，需进行必要的内部处理，以获取所需的图像数据。通过重组结果数据，收集样本区域的相关资料，作为样本区域研究的核心参考。首先，启动ArcMap应用，然后提取所需的数据，并选取TIF格式的正射影像图，在ArcMap中展现这些影像图，就能够继续增加样本区域的数据。提取出所有数据，就能够完全看到所有的样本区域的详细信息。其次，工程师就能依照其研究计划和规范作出决策，最终完成所有研究图表的填充。
3无人机在林业行业中的应用
3.1植树造林
传统的飞播造林主要依靠载人飞机，尽管覆盖范围广，但运营成本高。随着无人机技术的广泛应用，许多地区开始采用无人机进行植树造林，尤其在页岩、石灰岩、高原和陡峭山坡等地形复杂的地区，显著改善了生态恢复的难题[5]。无人机植树造林是一个相对新兴的领域，目前仍处于试点阶段，相关研究较为有限，很多经验仍借鉴自载人飞机的飞播造林。
无人机飞播常用多旋翼和固定翼2种方式，多旋翼无人机通常安装播种罐或播种箱，在飞行过程中均匀播撒树种。此外，无人机还可用于施肥、授粉和数据收集等任务，通过数据监控提高造林效率并确保质量。虽然无人机技术在植树造林中展现了高效和灵活性，但高效飞播技术仍在持续研究中，以进一步提高造林的成功率和经济效益。
3.2病虫害防治
3.2.1病虫害监测。传统人工调查周期长、成本高，需800～1200元/hm2，且气候变化影响效率，雨季时效率可能下降40%，不利于防控工作的持续进行[6]。相比之下，无人机搭载的高分辨率相机、多光谱传感器和热成像设备，能够实时监测森林健康状况，尤其在大面积病虫害的早期检测中表现出显著优势。通过无人机巡逻，林业管理者可以迅速发现树木叶片变黄、枯萎等早期症状，多光谱成像技术还能捕捉到肉眼难以识别的植物应激反应，为精准监测和早期预警提供可靠依据。
例如，松树或橡树等树种的早期病害通常难以通过地面观察检测，而无人机在不干扰生态的情况下，能快速覆盖大范围区域，生成精确的病虫害热力图。这些数据经机器学习算法分析后，能够帮助林业部门更准确地确定病虫害的高发区域和传播路径，从而提升监测效率。
3.2.2精准施药。在病虫害防治的施药阶段，无人机具备比传统手段更高的精确性和灵活性。传统的空中喷洒农药通常导致农药的浪费和对森林非目标区域的污染，而无人机可以根据病虫害分布情况，精确控制农药喷洒的面积、浓度和时间，避免了资源浪费和环境负担。
无人机精准施药的关键优势体现在其对喷洒量、喷洒面积和覆盖率的精准控制。例如，传统的有人驾驶飞机喷洒的误差可能在10%～20%，而无人机喷洒的误差则通常低于5%。研究表明，通过无人机实施的精准施药可使农药的使用量减少30%～50%。无人机通常能够在每次飞行中喷洒约10hm2的林地面积，相比于传统的手动喷洒效率提升了2～3倍。例如，大疆T30或极飞P30可以携带20～30L的农药，每分钟覆盖0.8～1.2hm2，飞行速度通常为6m/s。这种高效的喷洒能力尤其适合处理大面积的林地病虫害。
3.3森林防火
在林业的发展过程中，森林火灾会对林业产生重大的破坏。对林业领域来说，利用无人机技术的关键职责是对火源的检查和预警。许多森林的覆盖范围相当广，但有些位置相对偏僻，交通条件极其艰难，如果选择使用常规的人工巡查方式，将提高人员成本，同时，其最后的观察和保护能力也相对欠佳，因此，难以保证收集信息的精确度。采用卫星获取数据的手段会增加森林生产的财务开销，飞机巡查虽然有效，但成本高昂。无人机技术可大幅降低劳动力、资源和经济投入。通过搭载视频设备，无人机能实时监控森林，并利用无线电波快速传输数据，使防火人员及时掌握火灾现场情况。获取实时信息有助于更有效地预防森林火灾的发生，从而提升火灾防控的效率和准确性[7]。尽管无人机技术在森林灭火中具有潜力，但由于外部环境因素的干扰，其应用尚未广泛普及。
3.4森林执法
取证在森林执法中起着核心作用，但因为现场调查和检测追踪的复杂性，使得森林执法过程中遭遇了许多挑战，甚至可能会遭受严重的安全威胁。通过无人机进行航拍，能够获取到如正面照片、森林构造、植物生长情况等相关信息，这些都是森林执法的重要证明。通过使用无人机，能够对森林进行实时的检查与观察，迅速收集到图像的改动信息，这将为相关的监督部门在执行森林法律方面提供重要的依据。利用无人机的巡航和拍摄，能够对非法开采、盗掘、非法狩猎等行为进行调查并确认证据。通过使用无人机，能够追踪到涉及森林的非法行为，这种方式相较于在路口设置检查站、障碍物等手段，具有更大的灵活性和效率，特别是对那些四处游荡的犯罪分子的定位更加精准[8]。
4无人机在林业中的发展前景
自动驾驶技术（包括无人机应用）在林业领域的应用潜力巨大。伴随我国经济社会进步，民众对产品与服务的需求有所提升，这为无人驾驶飞行器技术的进步提供了契机。无人机有望多元化发展，特别是在监控和数据收集中，对我国森林业务的发展起到了推动作用。相较于传统的森林检测手段，无人机具备快速、低消耗、高灵敏度等特点，可进行大范围的高清信息收集，逐渐成为林业中最常用的检测工具[9]。但在实际应用中，技术、工作环境及法律法规方面仍存在限制。为拓展无人机的应用领域，需对无人机平台进行轻量化处理，以增强负载和续航能力，并优化机载传感器功能，在保证成本的同时满足森林检查需求。无人机的传感器系统能快速收集和处理数据，但由于传感器价格较高且多为进口，限制了无人机在林业的普及。为了提高数据准确性，需加强无人机抗风能力和拍摄稳定性[10]。为提升无人机在林业中的应用效益，需推广技术培训，优化控制规则，并建立无人机森林监控信息平台，以实现数据共享和自动化管理。
5结语
综上所述，森林资源是我国社会进步过程中的关键资产，实施电子监管已变成目前森林产业增长的首要使命。当前，航拍机技术在林业各领域得到了逐步推广，特别是在森林资源勘查与林火防控领域，展现出了突出的效益。通过无人机的介入，林业管理的效率和质量得到了大幅提升，推动了整个行业向智能化、现代化方向迈进。尽管如此，还应警惕，在森林行业应用无人机科技的过程中，必须持续优化管理体系，重视其巡逻和信息传输功能，以促进森林行业的长期稳定增长。
