無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)與ArcGIS數(shù)據(jù)處理在林業(yè)系統(tǒng)中的運(yùn)用

1、無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)與ArcGIS數(shù)據(jù)處理在林業(yè) 系統(tǒng)中的運(yùn)用作者：聶麗來(lái)源：南方農(nóng)業(yè)中旬2021年第09期摘要林業(yè)系統(tǒng)是社會(huì)可持續(xù)建設(shè)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是國(guó)家生態(tài)體系的重 要組成部分。國(guó)內(nèi)的林業(yè)系統(tǒng)發(fā)展仍然處于轉(zhuǎn)型階段，為了確保林業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展，需要引進(jìn)以 無(wú)人機(jī)遙感和ArcGIS為代表的先進(jìn)技術(shù)。闡述無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)和ArcGIS系統(tǒng)的概念，結(jié)合實(shí) 例分別對(duì)其在林業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析總結(jié)。關(guān)鍵詞無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)；ArcGIS淋業(yè);江西省撫州市中圖分類(lèi)號(hào)：F326.2;P237 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI ： 10.19415/ki.1673-890 x.2021.26.021隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的

2、快速發(fā)展和科技水平的迅速提升，傳統(tǒng)概念上的封閉式林業(yè)管理已經(jīng)不符 合時(shí)代發(fā)展的潮流。為了更準(zhǔn)確地了解林業(yè)系統(tǒng)的內(nèi)部情況和資源分布情況，很多林業(yè)部門(mén)選 擇引進(jìn)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)和ArcGIS數(shù)據(jù)處理技術(shù)對(duì)區(qū)域內(nèi)的林業(yè)資源進(jìn)行系統(tǒng)管理。這種新型 管理方式既能夠直接地顯示出林業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部資源的分布情況，又能夠提升林業(yè)系統(tǒng)管理的工作 效率和工作質(zhì)量，幫助建設(shè)林業(yè)系統(tǒng)的智能化管理1。1無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)和ArcGIS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)是無(wú)人機(jī)航空拍攝技術(shù)的一種，是將無(wú)人機(jī)與遙感技術(shù)相融合，借助無(wú)人 自動(dòng)化駕駛技術(shù)和遙感遙控技術(shù)及時(shí)獲得空間信息。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)屬于低空操作技術(shù)，在收 集圖片和影像時(shí)不會(huì)受到大

3、氣層波動(dòng)的干擾，具備使用簡(jiǎn)易、操作成本較低、影像分辨率高及 收集圖像速度快等優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)由外部影像獲取和內(nèi)部影像加工2個(gè)部分組成。外部 影像獲取主要是利用無(wú)人機(jī)對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行正面影像采集，考慮到無(wú)人機(jī)屬于低空飛行，拍攝 覆蓋面積有限，因此在實(shí)際操作中通常選擇將多個(gè)圖像拼接整合后獲得指定區(qū)域的遙感信息。 內(nèi)部影像加工主要是指使用專(zhuān)門(mén)的影像模型軟件對(duì)收集到的影像進(jìn)行縱向和水平對(duì)齊、校正圖 片、繪制三維模型和填充紋理等，最終得到一份完整的正投影像和測(cè)試區(qū)域的三維參數(shù)，以便 日后在ArcGIS系統(tǒng)中進(jìn)行處理和分析2。ArcGIS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是對(duì)地理數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理、整合、分析和運(yùn)用的綜合性信息

4、處理 平臺(tái)，對(duì)于林業(yè)系統(tǒng)的管理有很高的應(yīng)用價(jià)值。ArcGIS系統(tǒng)主要包括地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè) 立、信息數(shù)據(jù)的錄入及數(shù)據(jù)的整合和分析等。根據(jù)實(shí)際需要建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)框架，以點(diǎn)線(xiàn)面的 方式建立數(shù)據(jù)內(nèi)容之間的客觀聯(lián)系。開(kāi)始信息數(shù)據(jù)的錄入時(shí)，要注意地理信息的完整性及可對(duì) 比性，并對(duì)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)獲取和加工過(guò)的三維數(shù)據(jù)與正面投影影像對(duì)比校正，在校正過(guò)程中要關(guān)注坐標(biāo)系的適用范圍。在此基礎(chǔ)上就可以開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合和分析工作，如林區(qū)類(lèi)型的 整合統(tǒng)計(jì)、林區(qū)面積變動(dòng)情況及長(zhǎng)寬、坡度等相關(guān)地形參數(shù)，形成直觀的三維模型圖，以清晰 直觀的方式展示林業(yè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀。無(wú)人機(jī)作為方便靈活的采集設(shè)備搭載平臺(tái)，可以充分滿(mǎn)足大范圍內(nèi)三

5、維數(shù)據(jù)采集的需要， 為林業(yè)調(diào)查、觀測(cè)和管控等方面提供準(zhǔn)確完整的數(shù)據(jù)支撐;而ArcGIS則充分利用無(wú)人機(jī)采集到 的遙感信息，進(jìn)行林業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建和三維模型圖的制作等進(jìn)一步的加工處理工作3。無(wú)人 機(jī)遙感影像的直觀性與ArcGIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能的充分結(jié)合和銜接，可以實(shí)現(xiàn)林業(yè)數(shù)據(jù)的 動(dòng)態(tài)采集和遠(yuǎn)程信息化管理，進(jìn)一步推進(jìn)林業(yè)系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理。2無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在林業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用2.1森林滅火森林火災(zāi)常常會(huì)造成巨大的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)損失及人員傷害，且撲滅難度很大，因此需要林業(yè) 部門(mén)進(jìn)行特別和重點(diǎn)的關(guān)注?，F(xiàn)階段使用的森林防火方法是派遣專(zhuān)門(mén)人員進(jìn)行實(shí)地觀察和巡 邏，但這種傳統(tǒng)的方法工作量大、危險(xiǎn)程度高、監(jiān)測(cè)水平低

6、，對(duì)覆蓋面較廣的大型林區(qū)不合適4。此外，當(dāng)火災(zāi)已經(jīng)發(fā)生時(shí)，這種方法會(huì)給巡邏觀測(cè)人員帶來(lái)很大的危險(xiǎn)。因此，森林火 災(zāi)防范中引入無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，可以充分發(fā)揮其操作簡(jiǎn)單、快速應(yīng)對(duì)、使用成本低、影像拍攝 清晰度高及多功能等優(yōu)勢(shì)，對(duì)發(fā)生火災(zāi)的火場(chǎng)實(shí)施動(dòng)態(tài)觀測(cè)，幫助及時(shí)撲滅森林火災(zāi)。2.2森林資源勘查森林資源勘察也是林業(yè)系統(tǒng)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的資源勘查常常需要借助人力實(shí) 地考察，會(huì)造成大量的人力和財(cái)力浪費(fèi)。而在快速發(fā)展的科技水平的帶動(dòng)下，森林資源勘察的 方式從抽樣調(diào)查、隨機(jī)調(diào)查逐步過(guò)渡到無(wú)人機(jī)遙感勘察階段，可以迅速收集指定區(qū)域的森林資 源數(shù)據(jù)，具備時(shí)效度高、成本耗費(fèi)低、能源損耗少及清晰程度高等相對(duì)

7、優(yōu)勢(shì)。如東鄉(xiāng)區(qū)林業(yè)局 在林區(qū)調(diào)查中使用了無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，在勘察過(guò)程中采集到了清晰程度很高的遙感影像，并將 其導(dǎo)入相應(yīng)的圖像處理軟件進(jìn)行分析和研究，取得了很好的工作成效5。2.3野生動(dòng)物觀測(cè)在野生動(dòng)物的生存和行動(dòng)軌跡觀測(cè)上，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)具有極高的時(shí)效性，能夠第一時(shí)間 掌握整個(gè)區(qū)域的野生動(dòng)物族群。通過(guò)引入無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，不僅可以實(shí)時(shí)觀測(cè)野生動(dòng)物族群的 分布情況和生長(zhǎng)趨勢(shì)，還可以對(duì)瀕危的珍貴種群進(jìn)行全方位、全時(shí)間段的動(dòng)態(tài)跟蹤觀察，避免 人工巡邏對(duì)野生動(dòng)物造成的干擾，降低實(shí)地觀測(cè)的人力和財(cái)力成本?，F(xiàn)階段，林業(yè)病蟲(chóng)害防治主要依賴(lài)人力噴灌農(nóng)藥、設(shè)置防蟲(chóng)網(wǎng)、化學(xué)試劑誘殺及黑光燈誘 捕等方式，但隨著國(guó)內(nèi)綠地

8、面積的擴(kuò)展及極端氣候的頻繁出現(xiàn)，森林病蟲(chóng)災(zāi)害愈發(fā)頻繁，導(dǎo)致 傳統(tǒng)的防治措施在對(duì)付大規(guī)模森林病蟲(chóng)災(zāi)害時(shí)呈現(xiàn)出較大的劣勢(shì)。利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行農(nóng) 藥的噴灑和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可以顯著提高病蟲(chóng)害的監(jiān)測(cè)和防災(zāi)減災(zāi)能力，降低甚至消除森林有害生物 對(duì)林業(yè)系統(tǒng)和林區(qū)資源造成的災(zāi)難性傷害。國(guó)內(nèi)使用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行有害生物防治的成功 案例之一就是江西省撫州市東鄉(xiāng)區(qū)林業(yè)局利用無(wú)人機(jī)遙感配合ArcGIS技術(shù)進(jìn)行枯死馬尾松普 查工作，清點(diǎn)枯死馬尾松的數(shù)量、分布區(qū)域并以此為基礎(chǔ)判斷清理的難易程度，通過(guò)制定快速 高效的防治策略，保障區(qū)域內(nèi)的生態(tài)安全。3 ArcGIS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在林業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用3.1林區(qū)資源清查和管控ArcG

9、IS技術(shù)可以通過(guò)自帶的成圖功能完成對(duì)林區(qū)資源的清查工作，其工作流程是勘察人 員將收集到的第一手?jǐn)?shù)據(jù)資源經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)锳rcGIS可以分析的數(shù)據(jù)表格，之后 再利用該技術(shù)將整理加工之后的數(shù)據(jù)表格轉(zhuǎn)換為圖形存儲(chǔ)到相應(yīng)處理設(shè)備中，進(jìn)而幫助決策者 快速計(jì)算面積和匯總數(shù)據(jù)，對(duì)林業(yè)數(shù)據(jù)和林區(qū)資源進(jìn)行有效的遙控管理。3.2林區(qū)電子地圖的繪制林區(qū)系統(tǒng)的管理離不開(kāi)圖面影像和資料的支撐，因此在林區(qū)系統(tǒng)中引入ArcGIS數(shù)據(jù)處理 技術(shù)可以有效緩解制圖壓力。1) ArcGIS的圖層功能可以將獲得的影像和數(shù)據(jù)信息劃分為多個(gè) 層次，在分析時(shí)可以選擇觀看需要的數(shù)據(jù)信息圖層，減少多種信息混亂疊加造成的困擾6。2) A

10、rcGIS可以將地圖以點(diǎn)線(xiàn)面的形式展示出來(lái)，方便管理人員對(duì)地圖進(jìn)行直接操作和簡(jiǎn)單調(diào) 整。3) ArcGIS將所有圖像重新組合和疊加，在不同圖層之間建立起內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)，并根據(jù) 不同專(zhuān)題目標(biāo)進(jìn)行內(nèi)容輸出。如ArcGIS可以利用自帶的成圖功能，將GPS坐標(biāo)信息和林區(qū)勘 察資料信息以圖形的方式呈現(xiàn)出某一點(diǎn)位的GPS地理坐標(biāo)和勘察數(shù)據(jù)，方便林區(qū)管理人員對(duì) 轄區(qū)內(nèi)森林的概況和具體坐標(biāo)進(jìn)行總體掌握。3.3林業(yè)規(guī)劃和經(jīng)營(yíng)管理ArcGIS地理信息處理系統(tǒng)可以幫助林區(qū)管理人員進(jìn)行信息的處理傳遞和林業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的搭 建，使工作人員及時(shí)獲取林區(qū)系統(tǒng)的發(fā)展情況，并以此為依據(jù)擬出符合規(guī)劃的具體方案，之后 經(jīng)過(guò)模擬對(duì)比后得出

11、更加實(shí)際和合理的具體管理方案。如ArcGIS可以對(duì)不斷變換的森林資源 產(chǎn)量和野生動(dòng)植物的數(shù)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并結(jié)合之前繪制的林區(qū)電子地圖中詳盡的參數(shù)數(shù)據(jù)，在 ArcGIS系統(tǒng)中形成預(yù)測(cè)模型，幫助管理人員完成林業(yè)規(guī)劃工作。在完成分析預(yù)測(cè)模型的建立和對(duì)林區(qū)自然資源分布情況掌握的基礎(chǔ)上，ArcGIS可以幫助 林區(qū)工作人員制定長(zhǎng)期和短期的生態(tài)系統(tǒng)規(guī)劃。ArcGIS中內(nèi)置許多重要的分析和描述工具， 可以對(duì)生態(tài)的發(fā)展過(guò)程進(jìn)行模擬，并對(duì)轄區(qū)內(nèi)的生物多樣性進(jìn)行反復(fù)分析。ArcGIS還可以整 合當(dāng)?shù)厝丝跀?shù)據(jù)和生態(tài)信息，在疊加和組合的基礎(chǔ)上分析人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期影響，避 免生態(tài)系統(tǒng)遭到人為的過(guò)度破壞，推動(dòng)森林資源

12、的可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)約束人類(lèi)活動(dòng)的界限，從 經(jīng)濟(jì)和政策2大方面為人類(lèi)和生態(tài)實(shí)現(xiàn)和諧互動(dòng)提供強(qiáng)力保障。ArcGIS中的分析預(yù)測(cè)模型所 繪制的電子地圖使得居民接觸到以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化形式傳達(dá)的生態(tài)數(shù)據(jù)信息，能大大提升居民 對(duì)城市綠化和環(huán)境保護(hù)的參與度。4無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)與ArcGIS數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用案例以江西省撫州市的林業(yè)工作為例，可以看到無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)和ArcGIS數(shù)據(jù)處理在林業(yè)系 統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用情況。撫州市林業(yè)局從戰(zhàn)略層面上對(duì)新技術(shù)的引入和使用給予重視，通過(guò)了以 “林業(yè)機(jī)載軟件系統(tǒng)研發(fā)及集成”建設(shè)內(nèi)容為代表的林業(yè)資源監(jiān)測(cè)機(jī)載系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，項(xiàng)目包括 了機(jī)載業(yè)務(wù)系統(tǒng)的研發(fā)、機(jī)載時(shí)空信息云服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)的建

13、設(shè)及機(jī)載設(shè)備運(yùn)行情況的測(cè)試 等。在實(shí)踐中，撫州市林業(yè)局在區(qū)域內(nèi)首次利用無(wú)人機(jī)開(kāi)展了苗圃地勘察，為苗圃地周?chē)牧?區(qū)資源評(píng)估提供了數(shù)據(jù)支持。針對(duì)苗圃地及周?chē)臉?shù)木品種多、規(guī)格不一致、地區(qū)劃分不明確 等問(wèn)題，南城縣林業(yè)局首次將無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)投入到使用中。通過(guò)無(wú)人機(jī)技術(shù)低空拍攝苗圃地 實(shí)景，再將多張影像拼接成一個(gè)完整且附帶地理坐標(biāo)的空間矢量圖。之后將該矢量圖錄入 ArcGIS中，就可以在系統(tǒng)中完成小班劃分、面積估算、株數(shù)統(tǒng)計(jì)等工作，并對(duì)苗木的高度、 半徑、株距等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，完成苗圃地區(qū)的森林資源勘察，進(jìn)一步推動(dòng)南城縣和撫州市在林 業(yè)現(xiàn)代化和林業(yè)智能化方向繼續(xù)發(fā)展。除此之外，撫州市還組織了下屬區(qū)縣參

14、與到江西省的無(wú) 人機(jī)遙感技術(shù)培訓(xùn)中，參與學(xué)員在培訓(xùn)班結(jié)束后都做到了對(duì)無(wú)人機(jī)駕駛技術(shù)的掌握，完成了規(guī) 定的培訓(xùn)目標(biāo)。這不僅提高了林區(qū)管理人員的技術(shù)水平和創(chuàng)新意識(shí)，也為向更大范圍內(nèi)推廣無(wú) 人機(jī)航空遙感技術(shù)提供了方向，有助于推進(jìn)新技術(shù)在林區(qū)系統(tǒng)管理和災(zāi)害防治中的應(yīng)用，提高 撫州市林業(yè)對(duì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)能力。5結(jié)語(yǔ)目前，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)和ArcGIS數(shù)據(jù)處理在林區(qū)系統(tǒng)中的運(yùn)用還處于開(kāi)始階段，仍需要 在實(shí)際工作中不斷發(fā)展和完善。為了實(shí)現(xiàn)林業(yè)現(xiàn)代化，要繼續(xù)提升無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)和ArcGIS 自身的科技含量，提高技術(shù)本身的實(shí)用性和穩(wěn)定性，如提升無(wú)人機(jī)的抗風(fēng)能力、改進(jìn)升降操 作、增加航拍載體的穩(wěn)定性等;同時(shí)也需要進(jìn)一步向林業(yè)從業(yè)人員宣傳新技術(shù)的功能和優(yōu)勢(shì)， 推動(dòng)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)和ArcGIS在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用，使生態(tài)林業(yè)和高科技林業(yè)成為可能。參考文獻(xiàn)：榮澤山，王愛(ài)博.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)與GIS數(shù)據(jù)處理在林業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用J.吉林農(nóng)業(yè), 2019 （17）：