简述多悬翼无人驾驶飞行器在林业中的应用

汪东仁

（北京市房山区林果科技服务中心，北京 102400）

多旋翼飞行器(Multirotor)，也称多轴航空器，是三个及以上旋翼轴的特殊的直升机，主要由飞行控制系统、动力系统和机载链路系统组成。无人驾驶航空器俗称无人机，最早出现在二十世纪初的英国。当时无人机更多的是被用来当作侦察机和靶机运用于军事领域。随着时代的进步和科技的发展，无人机技术也从军事领域慢慢拓展到了社会服务上。1987年，日本为了解决本国面临的农业人口日益减少的问题，委托雅马哈公司开发了撒播农药的“R-50”无人机，这是世界上第一架农用无人机。2013年，我国自主研发的Z5型无人机在内蒙古大兴安岭林区进行首航，这是无人机在我国首次运用于森林的经营管理中。自此以后，无人机广泛运用于林业。

1 无人机在林业中的运用

目前无人机技术的林业应用主要体现在如下方面：林业有害生物防治与测报、林业资源调查、森林火灾预警及火场勘察。

1.1 无人机防治林业有害生物

林业有害生物的侵袭可致林木大面积死亡，造成巨大经济损失，可谓是“无烟的火灾”。林业有害生物指为害森林、林木和林木种子正常生长并造成经济损失的病、虫、杂草等，主要包括害虫、有害植物及致病微生物等。如美国白蛾、松材线虫病、薇甘菊等。防治有害生物是林业生产中极为重要的一环。近年来，我国防治林业害虫主要是采用化学农药喷洒，而喷洒的方式层出不穷，其中无人机作为一种新兴的药物喷洒方式，具有明显的优势。设定特定的程序包括喷射量、喷射速度以及面积等参数，当其在林地上方航行时，将药液以雾状形态瞬间喷洒向林地，均匀撒落在树木的各个部位，达到杀虫的效果。相比于传统的防治喷药方法，无人机在防治林业有害生物方面具备很多的优点。第一，无人机具有很强的适应性。森林中有着多样化的地形，无人机在工作时可以适应各种地形，无论是丘陵还是山地，并且能够对不同疏密度的森林进行喷药的智能调节。第二，降低防治成本。药液在无人机中以雾状喷洒向树木，极大地提高药液的利用率。

1.2 无人机在林业有害生物测报中的应用

近年来，我国最严重的森林病害就是松材线虫病，其发生迅速并且无法预测，一旦发生就会导致松树大面积的组织坏死，树叶褪绿，树木枯死。通过对林业有害生物科学监测能够准确掌握它的发生然后有的放矢进行防治。在这方面，无人机遥感技术有着明显的优势。无人机在林木上方航行通过红外或者远红外的遥感技术摄取每一株林木的实时图像并且反馈给地面控制中心，工作者接收到图片之后运用遥感图像处理系统对图像进行具体分析，其中包括对图像进行栅格化矢量化，分类以及影射校正等，之后在相应软件中就会获得林木的植被指数、归一化指数等能够反映林木健康状况的指标，根据相应树种的正常指数来判断是否发生了病虫害。

1.3 运用无人机调查林业资源

林业资源指的是林地内林木及其林内的动物、植物、微生物以及森林环境资源。林业调查主要掌握我国目前林业资源情况，为林业事业的发展提供依据。传统的林业调查普遍是人工进行，调查者需要在户外跋山涉水，进行长时间、高强度、大工作量的调查工作。随着无人机的发展，无人机遥感技术在林业调查中受到了重视并进行了实践。林业工作者借助无人机在森林里航行拍摄获取高分辨率的林地中各小班图像，并实时传输图像给地面控制中心，工作者在相应的遥感工作平台上对接受到的图像进行分析、演绎、判读、分类和校正。之后，工作者在相应的软件中以小班为单位总结出调查成果，其成果的展示方式可以为表簿材料、图面材料和文字材料，绘制林业调查一张图。通过此图的高分辨率的遥感影像和森林资源调查数据为基础的图像，工作者们可以在图中获取相应的林业资源情况。无人机调查林业资源的方式解决了人工调查的繁琐性和长期性，并且在调查结果的呈现上更加多样化和具体化。

1.4 无人机预警森林火灾，勘察火灾现场

在森林的管理方面，火灾是灾难性的，是不可预料的，所以预防火灾以及火灾发生后迅速判定发生地点成为森林经营管理上的一大难题。而在2006年，美国的加州发生了一起重大森林火灾事件，当时，美国航空航天局与美国林业局开发了名为“牵牛星”的无人机用于加州的森林火灾中帮助消防员进行灭火任务并且取得了较大的成功。无人机技术在火灾的预防以及勘察中能够发挥惊人的作用，无人机通过自身机载的红外和可见光摄影机对林地情况进行动态监测，实时向地面控制中心反馈林地图像，工作者接收到图像通过识别系统确定是否出现火点，一旦发现有火点出现，工作者就能根据摄取的图像迅速定位并且组织火警第一时间治理。火灾发生时，无人机还可以勘察现场情况，将火场的轮廓、面积、蔓延速度等数据实时传回地面控制中心，为地面扑火指挥提供重要信息，避免造成更大的损失。另外，无人机可以携带灭火器具在高空进行辅助灭火。

2 前景展望

目前，无人机技术还在发展阶段，所以在应用中仍存在着一些不足。第一，续航能力。无人机的飞行是需要电池供电的，电池的容量不足，导致了无人机的作业受到时间的限制，市场上的绝大多数无人机一般作业时间都在20～30分钟，对于林业工作来说远远不够。第二，低空区域未开放，作业申请较难。在我国，无人机的使用在近些年呈现爆发式的增长，但对于无人机的管理政策却相对滞后，而且无人机申请空域比较困难，这也阻碍了行业的进一步发展。第三，无人机黑飞较多，扰乱了市场。由于无人机申请计划较难，大部分民用无人机都是在没有民航局管理部门的适航许可下进行飞行，也就是所谓的黑飞。黑飞会造成众多的安全隐患，其直接危害是扰乱了空中管制，另外黑飞会导致无人机市场的混乱，真正能够有资格飞行的却因计划申请等多方面限制无法作业。

随着社会进步，科技的发展，无人机技术在林业领域应用将不断拓展。第一，更加智能化。现在社会的热点问题是人工智能，对无人机来说也不例外，智能化是行业发展的目标。例如未来无人机能够在森林中匹配地形航行；在林间追踪珍稀野生动物拍下图像掌握其习性；下达指令后完成任务自主返回。第二，打破电池瓶颈（长续航）。随着续航能力的不断拓展，林业领域的应用将会大范围得到实现，特别是对于火灾的监测与预警。第三，系统化。未来的无人机将会与遥感、通信、地理信息等多方面结合，使得无人机在林业中的应用更加开阔。相信在不久的将来，无人机技术进一步完善，无人机飞行变得大众化，数量将会快速上升并且占主导地位。日前，权威的媒体以及机构发布无人机市场新预测，预测2021年无人驾驶飞机销售额将超过120亿美元，2016-2021年复合年均增长率为7.6%，所以未来无人机发展领域空前广阔。