无人机林业应用解决方案

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　　一、背景

　　森林是陆地生态系统的主体，是维护自然界生态平衡的关键因素。以森林为主要经营对象的林业，是培育、保护、利用森林资源，推进国家生态建设，促进人口、经济、社会、环境和资源协调发展的基础性产业。然而，随着人们活动的逐渐增加，森林火灾、毁林开垦、乱占林地、乱砍滥
伐，破坏森林资源等违法行为时有发生，给林业造成难以估量的经济损失，且每年林区防火减灾巡查，以及森林资源调查需要投入大量人力和财物。

　　如何有效的监测森林资源，并对破坏森林资源的违法行为及时发现并有效取证，也给森林资源的科学化管理提出了挑战。

                               
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　　随着科技的进步，无人机在大面积资源调查方面展露出独特的应用优势。国家相关部门正积极推广无人机在林业资源普查和林业灾情监测方面的应用。无人机以其机动性能好、可超视距巡查、操作与维护简单、灵活高效、综合成本低等优势，必将助力林业健康科学地发展。

　　二、方案概述

　　四信综合多年的无人机研发和应用经验，熟知无人机在林业应用的关键问题。利用成熟可靠的飞控算法、自主研发的图像识别软件、轻盈坚固的航空复合材料制造工艺、先进的任务系统、简化的操作理念，打造出全新的林业巡查无人机系统。

　　系统主要由无人机飞行平台、大倍率光学变焦云台吊舱、地面站电脑和智能电池保障系统等设备构成。通过地面站电脑终端对飞行和任务进行融合控制，首创游戏式操控体验，大大降低无人机的使用难度。

　　根据应用场景情况不同，可用于：森林防火、病虫害防控、森林生态环境调查、水土保持监察等方面。

　　四信无人机系统主要构成图

                               
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　　三、主要功能介绍

　　1、可见光遥感成像

　　标准配置搭载一套30倍光学变焦可见光吊舱。可见光吊舱一般用于获取常规的高清视频和照片等遥感数据，30倍光学变焦可以在不损失像素的情况下从空中拍摄极小的地面目标，如单棵树木、人员活动以及其它动物。将这些信息加以判读即可获得常规巡视的效果，显著提高工作效率。除了可以获取常规的高清视频和照片之外，结合我们的智能后处理软件，还能快速进行识别、测量、建模等工作。

　　2、遥感热成像

　　搭载热成像遥感设备对于森林火险预警具有非常有效的巡视手段。热成像遥感画面可以实时标注物体温度，如果进行阈值设置还可以在物体温度达到或超过阈值时主动进行提示，从而杜绝人为疏忽。这对于早期火险预警、处置是非常有实际意义的功能。

　　在夜间，热成像可以清晰辨别人或动物的存在，对于人员搜救或盗伐违法活动是非常有效的侦查和处置手段。

　　3、高光谱成像遥感

　　高光谱遥感数据具有丰富的光谱信息优势，能够探测到不同物体的细微光谱差异，大大改善了对植被的识别和分类精度。利用高光谱数据采用混合光谱分解的方法，可以解决宽波段遥感数据提取郁闭度精度较低的问题;提取森林郁闭度信息;分辨出非法种植的有害作物。此外，高光谱数据在森林资源调查及动态监测、森林火灾监测和评估、森林病虫害监测等方面应用也非常广泛。

　　四、方案优势

　　1、产品自主研发，功能扩展性强

　　2、针对山区林业应用设计，单兵便携，展开迅速

　　3、2人小组即可执行任务，节省人力

　　4、作业效率较高，一天可飞行4-6架次

　　5、首创游戏式操控体验，大大降低无人机的使用难度

　　6、精准设计，符合小型无人机管理要求

　　7、智能识别后处理软件，具有识别、测量、预警等功能

　　五、无人机林业巡查与传统巡查对比

                               
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　　六、应用价值

　　1. 有效降低人员劳动强度

　　2. 有力补充在特殊地形、特殊天气情况下人工巡查的不足

　　3. 有效保障巡查人员人身安全

　　4. 高效采集与传输巡查数据

　　5. 高效应对紧急突发事件

　　6. 可有效发挥多种经济效益等，同样必将助力林产业科学健康发展，为新时期的林业生态文明建设出力

　　七、典型应用案例

　　1、森林生态环境与水土保持巡查

　　在天然林保护、次生林经营、荒山荒地造林监查、陡坡退耕还林监查等森林生态建设领域，可以应用无人机进行大面积、高精度、快速的生态环境监测，为林业企业在生态环境建设方面的科学决策提供丰富而详实的数据。同时，应用无人直升机观测森林，可以最大限度地降低人的活动对森林生态系统的干扰，有效恢复森林生态系统。

　　无人机可通过地面站软件事前加载预设的包含：起飞航点、航线路径及高度、飞行速度等参数的航线文件，然后上传至无人机飞行控制单元。

　　开始执行林业巡查任务时，无人机就可自主实现目标区域、目标高度的航线飞行。飞行巡查中，操作人员通过观察地面站的实时高清视频，通过简单的鼠标动作，来实现对云台的：镜头变焦、快门触发、目标锁定、目标环绕等远距离控制，以完成动态影像和静态画面的获取;操作人员也可以指令无人机自主完成航线飞行拍摄。

                               
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　　航线加载示意图

　　2、森林防火巡查

　　据国家统计局发布的2017年《中华人民共和国2017年国民经济和社会发展统计公报》，2017年我国全年共发生森林火灾3223起，森林火灾受害森林面积2.5万公顷，森林火灾数量比2016年增长了58.5%，受害森林面积是上一年的4倍。自2008年起，我国森林火灾发生数量连续9年呈下降趋势，但2017年灾情数量、受灾面积和损失陡然上升，2018年的森林防火工作受到各级领导的额外重视，森防部门责任巨大。

　　尽管各部门对森林火灾严加防范，大型林火仍然时有发生：2018年5月20日，云南省大理市著名景区苍山发生森林火灾;6月2日，内蒙古自治区大兴安岭原始林区发生接连发生森林火灾，出动上万人次参与救火。

　　森林起火原因分为人为和自然因素，目前国内森林火灾约99%由人为因素引起，其中由于开垦烧荒、野外吸烟、上坟烧纸、林场工人操作不当引起的火灾占大多数。因此，森林防火必须做到全面、细致、及时，减少人为因素，尽早防控火情，最终目标是消灭人为因素引起的火灾，及时发现
和扑灭自然因素引起的火灾。纵观国际航空护林的发展方向，更集中在无人机在航空护林中的应用，通过使用无人机加强对森林的日常巡查，及时发现险情，维护防火设施;大幅减少人员在巡护和灭火过程中的实地参与，保障护林人员的安全，降低了综合成本。

　　3、病虫害防控巡查

　　植物的光谱特性是植物在生长过程中与环境因子(生物因子和非生物因子)相互作用的综合光谱信息。当植物遭受病虫害侵染后，主要有两种表现形式：一是植物外部形态的变化，外部形态变化包括有落叶、卷叶，叶片幼芽被吞噬，枝条枯萎，导致冠层形状发生变化：二是内部生理变化，内部生理变化则表现于叶绿素组织遭受破坏，光合作用，养分水分吸收、运输、转化等机能衰退。但无论是形态的变化或生理的变化，都必然导致植物光谱特征发生变化。

                               
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　　无人机高光谱遥感技术可以准确、迅速地提取植物的生化参数，得到植株的病虫害信息，以此来判断植株是否感病，这种监测方法不仅方便、快捷，而且获得的信息具有较好的时效性，因此利用无人机高光谱遥感技术提取生化参数监测森林病虫害具有较高的应用价值和广阔的发展前景。