无人机技术在林地测量上的应用

无人机技术在林地测量上的应用

简大清

南丹县诚信林业技术服务有限公司 547200

摘要：文章首先阐述无人机技术的简介，之后给出无人机林业测量方法，发现：利用该种技术可以对森林资源的多项指标进行检测，分析林木冠层参数，与人工测量方法相比，该种技术应用得出的数据更加精准、有效。因此在今后工作中，管理人员应该在森林调查和测绘过程中，合理选择设备，优化测量方法，提高测量精度。

关键字：林地测量；无人机；测量方法；应用

无人机应用属于当前高新前沿技术，近几年发展较快，尤其是在地质测量、航空拍照、森林防火巡查、智慧农业、智慧林业等工作中应用较为广泛，可以实现智能操控和作业，提高劳动效率，最大化节省人力资源。基于此，文章以林地测量为研究对象，分析无人机技术的具体应用措施，为相关技术从业人员提供可参考性建议。

一、无人机技术简介

无人机也被称为无人驾驶飞机[1]。通过车载计算机，并且利用无线电遥控设备，实现微型自拍、航拍、植保药剂喷施、灾难救援、病虫害监测、野生动物观察、电力检巡、影视拍摄等多种功能，与有人驾驶飞机相比，可以深入到人类难以探索到的领域，比如高空、险地等，对相关情况进行侦查，使用方便，体积量较小，无需人工操作干预，可以为林业巡检提供可能，提高巡逻效率，侦查森林整体状况，优化日常防火巡逻，让违规违法行为无所遁形。而本文研究的无人机技术主要针对林业测量工作而言，在森林调查和测绘过程中，利用无人机技术可以对森林蓄积量、标准地面积、林区面积、森林生长量、胸径、树高等多项指标进行检测，分析林木冠层参数，与人工测量方法相比，该种技术应用得出的数据更加精准、有效，同时对测量技术人员的要求也越来越高。

二、无人机林业测量方法

通过无人机航拍设备，利用飞行控制系统，技术人员可以测算飞行速度、飞行高度，根据摄影比例尺定位航拍点，设置重叠度，通过三维软件导入地面相控点，自动计算和获取航拍数据，以此达到测绘成果要求，利用3s技术进行后期数据处理，获取目标信息。其测量作业流程基本分为三个方面，其一，前期准备，测量技术人员通过航线规划相控布置、相机标定、飞行设备检查等多个工作环节，保证前期准备工作有序。在航拍过程中，依据测量工作原理，按计划获取低空遥感数据，或者将数据制作成影像，根据不同需求导入第三方软件，对畸变差进行修正，通过图像旋转、图像增强，提高生成效果，之后在平台中重建三维表面模型，对全景图进行拼接，做好滑坡变形监制。也可以利用倾斜拍摄测量技术，从一个垂直向下的倾斜视角，采集前后左右不同的角度影像，对倾斜影像进行分析整理之后获得正摄影图像，以此得出精确的地形图，满足测图要求。

三、无人机林业测量方法的应用

文章以某林业勘察设计公司为例，该公司在2020年接受某国有林场的委托，对该林场林分郁闭度和树木高度进行测量，郁闭度和高度均属于森林结构的重要因子，可以充分反映分密度和林木生长情况，根据以上指标，测算林木利用空间的程度，同时其郁闭度大小也同样影响森林内动植物生长状况，影响当地土壤状况。由此可见，做好森林因子的郁闭度测量和高度测量，可以优化森林资源经营成果，维持造林成效[2]。在该国有林场经营管理过程中，坡度较缓、地势平坦，林场内森林资源主要以桉树、马尾松、油茶等为主，土壤结构较为单一，多为红壤和黄壤，林业勘察设计公司在利用无人机技术之前，选择合适的测量软件和机型，其中软件利用Altizure，拍摄高度分别为30m和40m，ISO速度参数为ISO-100，拍摄间隔为2m和5m，曝光时间为1/160秒，光圈值为f/3.5，数码相机镜头朝下，每拍完一组照片之后制作正射影像图，并且都采用多次拍摄，通过手动镶嵌和替换的方式筛选出理想图像，再经过裁剪，得出原规定大小图像，具体处理方法如下。

（一）设计树冠分割方法，提高分割精度

在Altizure软件应用下测的该国有林场的实际面积为50×70㎡，之后制定树冠分割方法流程，为了制作好正射影像图，首先技术人员对原始图像进行处理，将原始图像灰度化。通过均值滤波去掉噪点，减少干扰[3]。以此得出地形图，对分割后的图像合并，经过预处理获得梯度图像，之后判断直方图是否呈现双峰，根据判定结果进行初步分割，如果可以呈现双峰，将直接转化为平滑直方图，如果不是，则利用迭代法，寻求阈值，将背景图进行分割，计算分割结果区域的极大值，作为前景标记，修正梯度图像，最终通过区域合并得到树冠图像。在具体应用和执行过程中，主要利用分水岭算法，设置海拔高度（用像素的灰度值大小来表示），整个算法过程是模拟浸水现象，将局部极小值影响区域看做集水盆，每个影响区域向外扩展，形成分水岭（两个集水盆汇合之处），经过分水岭算法之后，形成脊线。在原图像处理之前，在待处理像素临近范围内进行降噪处理，在抑制噪声的同时，降低边缘图像的模糊度，之后对处理过的头像选定前景和后景标记，计算梯度赋值，利用迭代法计算阈值。一般来讲，灰度值越大，表示树体颜色更深（更加明亮），在这一原理下，技术人员可以提取到伪树干、伪枝干部分，移除斑点和枝干，做好树冠分割，以此得出林分郁闭度，提高分割精度，增加图像处理准确性。

（二）设置无人机航线，构建三维点云数据模型

在测量树高时，其高度主要指从树根底部到冠层顶部的距离，同时也是森林调查工作中一项重要内容，是判定林木生长状况的重要指标，直接影响后续林业生产、评价立地质量等工作。此时可以利用无人机技术，在天气良好的下午时段，选择无风天，设置航向重叠度为80%，飞行高度约为50m，旁向重叠度约为75%，总共飞行五次，拍摄间隔时间为一秒，每次拍摄70张样片，最后选出效果最好的一组样片进行应用。建立更多的三维模型细节，得出所有点的高程值，之后对拍摄的样片进行筛选，将图片导入到软件中，检查拼接影像的重合度，生成加密的点云数据，通过算法拼接校正之后快速建立影像之间的拓扑关系，利用三维坐标系得到三维数据模型，生成拍摄区域内三维数字图像，以此测算出数高指标参数。由此可见，利用无人机技术，技术人员和林区管理者可以判断森林生长状况，制定精准化的营林抚育措施，根据每次巡查情况，统一部署，科学管理，对林木资源生长速度较慢、冠幅较小等现象制定合理的改进措施，比如优化氮磷钾比例，做好疏伐间伐等，同时抑制病虫害问题，分析其发生规律，提高防治效果。因此在今后工作中，管理者还应该加强对无人机操作人员的培训，提高其无人机应用的专业性和技术含量，最终发挥其在林业资源管理中的作用。

结束语：与传统工作方法相比，利用无人机技术，可以减少并节约一定量的人力资源，为后续林业抚育管理提供基础，对森林资源现场进行及时调查取证，满足实时测量的要求，践行智慧理念和现代理念，有利于提高林业测量精度和时效性，因此在今后工作中，管理者应该积极引进复合型无人机操作人员，将该种技术应用到树高、冠幅、生长量、病虫害发生情况等多个测量环节，以此提高测量精度。

参考文献：

[1]梁世杰,李良涛,张晓华,王耀,周月康,马传宇.青崖寨保护区村级景观格局动态分析——基于无人机三维电子沙盘的参与式访谈[J].中国农学通报,2021,37(21):151-159.

[2]邱凤,霍婧雯,张乾,陈兴海,张永光.针叶林冠层热点及多角度无人机遥感观测及特征分析[J].遥感学报,2021,25(04):1013-1024.

[3]周在明,陈本清,徐冉,方维.基于无人机高光谱特征的红树林种群识别研究——以漳江口红树林国家级自然保护区为例[J].海洋学报,2021,43(09):137-145.