无人机遥感在森林资源调查中的应用

第31卷 第3期 西 南 林 业 大 学 学 报 Vo.l 31 N o .3 2011年6月 J O URNAL OF SOUT HW E ST F ORESTRY UN I VERSI TY

J un.2011

收稿日期:2011-01-10

基金项目:国家自然科学基金项目(30771725)资助;浙江省重大科技专项农业项目(2008C12068)资助。第1作者:张园(1985)),女,硕士生。研究方向:遥感信息与应用研究。E-m ai:l yuan2687058@1631com 。

do:i 10.3969/.j issn .2095-1914.2011.03.011

无人机遥感在森林资源调查中的应用

张 园 陶 萍 梁世祥 梁万里

(浙江农林大学环境科技学院,浙江临安311300)

摘要:无人机是新近才受到重视的遥感平台,根据无人机遥感的特点,结合地理信息系统(GIS)、全

球定位系统(GPS)技术,以森林资源二类调查为例,探讨无人机遥感技术在森林调查中的应用。分析指出,无人机遥感技术在森林精确区划调查、森林病虫害监测防治方面有良好应用前景。关键词:无人机;遥感;森林调查

中图分类号:S75712 文献标志码:A

文章编号:2095-1914(2011)03-0049-05

Research on Application ofUAV RS Techniques

in Forest Inventories

Z HANG Yuan ,TAO Ping ,LI A NG Sh-i x iang ,L I A NG W an -li

(C oll ege of Env i ronm en tal Sci en ces and T echnol ogy ,Zh eji ng A &F U n i vers it y ,L i nan Zhejiang 311300,C h i na)

Abst ract :Unm anned A erialV ehic les (UAV s)is a ne w type o f re m ote sensi n g (RS )interface ,wh ich has been pa i d m ore attention in recen t years .B ased on the character i s tics of UAVs ,and i n tegrated w ith G I S,GPS

techniques ,the app lication of the UAV s relevant techno logy to the second g rade forest inventory w as discussed .It w as po i n ted ou t that there w ou ld be a very good prosperity for the UAV s techno l o gy to be applied i n to t h e precise classification survey of forest resources ,forest pestm onitori n g and forest pest con tro.l

K ey words :unm anned aerial veh icle ;re m ote sensing ;fo rest i n vento r y

森林资源调查,是林业活动的一项重要工作。建国以来,我国森林资源调查的技术手段不断提高。1954年从前苏联引进了航空像片调查方法,用航空像片编制平面图和进行立体判读、小班区划,同时在各小班内进行目测调查。20世纪50年代末引进了角规测树技术,作为目测调查的补充。从20世纪60年代开始,引进了基于数理统计理论的抽样调查技术。20世纪70年代,逐步应用计算机技术和卫星遥感技术

[1]

。近年来,随着遥感技术的迅速

发展以及社会对森林资源信息需求的多样化,遥感技术在森林调查中的作用越来越重要,范围越来越广,类型越来越丰富。航天、航空、地面等不同平台类型,千米级到厘米级不同空间分辨率,单波段到

高光谱不同光谱分辨率的遥感数据在森林调查中均有应用。

近年来,无人机遥感正在兴起,在不同领域均有应用

[2]

。但无人机遥感在森林调查中的应用还

很少,主要应用在林火监测中[2-3]

。针对小区域、

精度要求高的调查需求正在上升,如高要求的规划设计调查(简称二类调查)、出于森林生态状况监测的林分空间结构调查(林木组成、空间关系等)。如果去实地进行这些调查,一般要花费大量的人力物力,尤其在经济发达地区的南方集体林区,农民很少上山从事经营活动,乔灌草生长迅速,以前曾经有的林间小道已经逐渐消失,现在要进行地面调查劳动强度极大。航天遥感数据,大

多数空间分辨率不能满足高精度调查的要求,有的高分辨率图像受天气影响也不容易获取;有人驾驶航空遥感对小区域来说又不经济。而无人机遥感,正好在此方面发挥其优势,可方便地根据需要设计飞行区域、飞行航线、飞行高度等。由于在多数情况下可见光波段就可满足要求,无人机只需装载一个高清数码相机即可,减轻无人机载荷,无人机质量和体积都可以很小,便于在环境复杂的林区起降。

本文以森林资源二类调查为例进行应用探讨,并分析无人机遥感在其他森林调查中的应用可能,以及需要解决的问题。

1无人机遥感概况

111无人机发展简史

无人驾驶飞机简称无人机(unm anned aerial ve-h icle,UAV),是一种有动力、可控制,能携带多种设备,执行多种任务,并能重复使用的无人驾驶航空器[4]。

20世纪初至60年代是无人机的起步阶段。1917年英国人研制成功了世界上第一架无人机,此后40年发展缓慢,到20世纪60年代研制的步伐又开始加快[5]。20世纪60)90年代,无人机得到了快速发展,其中战争是最大的动力,二次世界大战和之后的一些局部战争都出现了代表当时先进水平的无人机身影[6],越南战争中无人机作为改装的遥控目标诱饵成功完成了任务[7]。在20世纪70)80年代,以色列将无人机发展成为成熟的战场观察平台,取得了突出的战果,引起了各国的震惊,自此无人机在人们的观念中已完全被接受了[8]。在20世纪90年代的海湾战争中,多国部队成功地使用了多种无人机执行侦察、战场损伤评估、火炮校正和人员搜救等任务[9-10]。进入21世纪以来,随着无人机在军事方面应用的不断成熟和现代信息技术的快速发展,无人机与现代信息技术相结合,在非军事领域的应用也越来越受到人们的关注。在非军事方面已经涉及气象、测量、林业、农业等诸多行业,如大地测量、气象观测、城市环境检测、地球资源勘探和森林防火、对核生化污染区的取样与监控、新技术新设备与新飞行器的试验等[11]。

112无人机遥感技术

无人机与遥感技术的结合,即无人机遥感,是结合无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术的综合技术;是快速获取国土、资源、环境等的空间遥感信息,完成遥感数据处理的应用技术;具有低成本、低损耗、可重复使用且风险小等诸多优势,其应用领域从最初的侦察、早期预警等军事领域扩大到资源勘测、气象观测及处理突发事件等非军事领域。无人机遥感的高时效、高分辨率等性能,是传统卫星遥感所无法比拟的,越来越受到研究者和生产者的青睐,大大扩大了遥感的应用范围和用户群,具有广阔的应用前景[12]。113无人机遥感技术的应用

随着无人机的发展,越来越多地被用于影像获取,在气象监测、资源调查与监测、测量、突发事件处理等方面取得了丰硕的成果。在气象应用方面,美国在20世纪60年代,就开始采用名为Co m pass Cope的遥控飞行器(RPV)即无人机代替气象飞机WC-130作为空中气象侦查平台,通过1970)1974年5年的飞行试验,认为无人机有诸多优点可以代替气象卫星[11]。在世界气象组织(WMO)大气探测委员会和国际科学联盟理事会支持下,国外提出了微型无人驾驶探空飞机发展计划[13]。中国气象局也将微型无人驾驶飞机探空的研究工作列入/八五0计划,有关人员进行了系列试验[14-16]。在资源、环境监测方面也有很多应用,如马轮基等[17]利用装载佳能EOS300D型数码照相机的无人机对广西武鸣县进行土地资源调查,得到县城区域土地利用遥感图。中国测绘科学研究院研制完成的UA-VRS-Ò型低空无人机遥感监测系统,选用高分辨率面阵CCD数码相机作为主要遥感设备,实现了大比例尺航摄的面积覆盖[18]。利用无人机遥感调查中药资源[19],还有利用无人机遥感监测水体等[17]。在测量方面也有众多应用和研究,如对相机误差纠正模型、几何校正方法等的研究[20-24]。在一些自然灾害等突发事件处理中,由于危险性、时间性等因素,无人机遥感更有着独特的优势。如在林火、核污染、水灾、其他自然灾害监测中发挥作用[17,25-26]。特别在我国2008年冰雪灾害和汶川大地震中,用无人机航拍手段收集灾害损失数据、对灾区损失财产的评估及灾后重建和生产自救提供了可贵的参考资料。

2在森林资源二类调查中的应用试验

211研究区及数据

研究区位于浙江省临安市,地处东经118b51c~

50西南林业大学学报第31卷