基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统设计

杨帆 尹柯

摘 要：通过对全国林业行政案件的调查和分析，结合警务革新在林区执法中的应用，本文利用无人机，将识别预警系统与林区非法砍伐特点相结合，分别从硬件端和软件端对基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统进行设计，通过向科技要警力降低人力资源，达到保障我国森林资源的目的。

关键词：无人机;非法砍伐;识别预警

一.引言

森林是国家最重要的资源之一，对人类的贡献是多种多样的。根据历次全国森林资源清查可知，截止2018年，全国森林覆盖率已达22.96%，森林面积已达22044.62万公顷。人类一方面仰赖森林索取生活所需，一方面毁坏森林滥砍滥伐。由2017年中国林业发展报告可知，仅2016年全年，全国共发生林业行政案件19.66万起，立案侦查森林和野生动物刑事案件2.98万起，全部涉案价值达20.88亿元。对国家的利益造成了严重侵害。

二.国内林区执法现状及未来方向

国内林区警务人员仅有6万余人。大面积的防区和极低的人员配给使得林区非法砍伐的发生到执法部门的发现，周期往往很长，不能及时的遏制犯罪、追回损失。部分林区出现了难以抵达、巡视周期长的现象，导致许多森林资源遭受盗伐者的破坏。国内外对林区非法砍伐的识别方法也十分有限，目前发现森林非法砍伐的识别手段主要有卫星遥感、塔台瞭望、人工地面巡视和飞机巡护等。卫星遥感易受自身轨道周期和天气影响，加之费用巨大以及审批程序复杂缓慢，实时性和实用性不高。塔台瞭望的实时性虽好，但单个塔台覆盖范围有限以及人眼的一些盲区存在巨大缺陷。人工地面巡视效率低周期长，森林茂密视线易受遮挡故观察范围有限。飞机巡护的实时性和适应性虽佳，但维护和使用成本高，难以大规模、日常化运用。因此我国现在迫切需要一个简单有效的盗伐案件识别技术，为祖国的绿水青山保驾护航。

中共中央政治局委员、中央政法委书记郭声琨在2017年10月召开的中央政法委员会全体会议上指出，要坚持科技引领、信息支撑，把现代科技应用作为政法工作现代化的大战略大引擎，不断提升新时代政法机关的核心战斗力，推动新时代政法工作跨越式发展。国务委员、公安部党委书记、部长赵克志也在2018年1月召开的全国公安厅局长会议上要求，要把握时代发展大势，大力实施公安大数据战略，着力打造数据警务、建设智慧公安，全面推动公安工作质量变革、效率变革、动力变革，努力实现公安机关战斗力的跨越式发展。“向科技要警”给了公安机关打击森林非法砍伐的一个机会。

“无人机警务”是新时代警务革新的中重中之重，林区执法机关使用无人机代替人工巡视已经成为大趋势。通过无人机代替人工巡视，结合林区3D建模技术和图像对比技术，对比分析前后巡视数据，识别区域林区的植被是否发生非法砍伐，进而有方向的侦查确认，是未来实现林区非法砍伐识别预警的可能发展模式。

三.基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统设计及应用

（一） 基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统设计

本文以上述可能发展模式為指导思想提出一种，基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统设计思路。旨在利用科技护航林区，坚决打击生态犯罪。整套系统思路设计合理、操作简单、高效便捷。通过软硬件结合达到及时、精准地搜集林业数据，加快提升数字林业的透明度和建设度。

通过结合市场现有的无人机设备发展成果和林区无人机数据处理软件对目标林区进行3D建模，提取林区中不同区域植物颜色或光谱的特征值。在无人机定期巡航拍摄的照片基础上，利用图像识别算法分析出可能存在林木被非法砍伐的区域，发出报警信号供人工排查使用。

整体设计分为两个端口：硬件端和软件端;

硬件端分为两个环节：无人机林区巡防→及时巡防数据传输;

软件端分为两个板块：软件数据输入、软件数据对比。

“基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统”整体具有生存能力强、机动性能好、使用方便的优势。能利用承载的高灵敏度照相机进行不间断的画面拍摄，获取影像资料，并将所获得信息和图像传送回地面。在出现情况时可迅速达到现场，完成实时现场视频画面传输，供指挥者进行科学决策和判断;是林区一种不可多得的重要工具。可以进一步提高我林区执法机关干警的响应、决策、评估效率，推动公安信息化建设进程。

（二）基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统硬件端设计

“基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统”在硬件端为林区专职无人机，该林区防非法砍伐用无人机，通过方向模块控制无人机飞行方向，在林区内及时调整，拍摄林区内的异常，通过信号装换器将数据进行转换，通过信号发射器将信号发送，实现将拍摄状况进行实时转发，通过接收模块实现将数据进行接收，通过储存器实现将数据进行保存，防止出现数据丢失。

1侧翼、2马达、3支撑板、4信号发射器、5保护壳、6定位器、7螺旋桨、8支架、9充电接头、10双电池仓、11信号转换器、12摄像头、13储存器、14定位模块、15电源、16接收模块、17主控模块、18方向模块、19电量模块、20显示模块、21电量提醒模块、22警报模块。

（三）基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统软件端设计

“基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统”在软件端为林区专职数据处理软件，通过构建植物三维几何数据图（面积、高度、体积），可以快速获取数据、精准量化分析。获取林区高分辨率正射影像图，了解林区开发现状，实现林区动态监测，为林区盗伐案件提供快速勘察的能力;

专有技术为植物颜色/光谱值的提取和植物颜色/光谱值对比，利于该项技术可以在所构建的林区3D模型图中快速对比数据库中往次巡逻结果，精准定位发现可能存在林区砍伐位置，发出预警。

（四）基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统技术特点及优势

“基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统”通过采用无人机航测系统，搭载不同的传感器随时勘测和监测林区植物的生长情况。实现数字林区的建设、实现林区灾害应急指挥、实现林区环境治理以及对林区的盗伐案件的监管治理。在整个操作过程中可以做到0人工干预全自动、高效率的自主作业，极大地降低了执法干警的工作难度。

图5基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统技术方法

具有机动快，使用成本低，维护操作简单等技术特点，具有对地快速实时巡查监测能力，对林区中车和人无法抵达的区域，诸如森林火灾监控，植物盗伐，农林病虫灾害预警等方面具有独特的优势。

（五）基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统操作流程

系统开始使用后，警务工作人员操作无人机进行林区巡防工作，在完成后将本次巡防数据传输至林区专职数据处理软件，随后建立测区导入数据。通过系统设定完成全自动数据处理，得到本次巡防林区区域内植物颜色/光谱值。通过对数据库往期数据对比甄别，发现不同自动报警。警务工作人员根据报警区域再次操纵无人机完成二次针对巡查，鉴别是否出现非法砍伐情况。

图6基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统操作流程

四、小结

本文给出了一种基于无人机的林区非法砍伐识别预警系统构建。经测试，当出现林区非法砍伐时，该系统可以有效的识别预警。

作者简介：

杨帆（2000-），男，汉族，河南南阳人，南京森林警察学院，本科在读，研究方向：治安学

基金项目：本文系南京森林警察学院2019年度大学生实践创新训练计划项目，项目编号：201912213010