无人机在林业执法中的应用
黄文杰
在传统的林业执法中，执法不仅耗时耗力，周期长，而且取证困难。随着现代人工智能化的发展，无人机在林业执法中起到了重要作用。无人机具有时效性强、成本低和应用范围广等特点，为林业执法部门执法提供了科学依据。
随着城市建设和经济的飞速发展，在经济利益的驱使下，违法占用林地和破坏林地的情况日益严重，而保护林地是实现我国生态文明建设和低碳发展的重要保障。在传统的林业执法过程中，执法过程不仅耗时耗力，效率低下，而且执法工作人员的安全没有保障。随着现代化人工智能的发展，无人机技术在日常林业工作中的涉足领域也在增加，这一先进技术的普及对于林业执法工作人员的效率提升、精度提高、人力物力的节约上起到了高效积极的推进作用。无人机作为林业执法过程中的重要手段，可以满足林业执法人员对违法占用和破坏林地的行为进行实时监察，能够有效的保护林地资源，践行绿水青山就是金山银山的新发展理念。
一、无人机执法工作原理及优势
1、无人机执法工作原理
无人机主要是由飞行器系统、测控及信息传输系统、信息获取与处理、保障系统和地面控制系统组成。无人机作为空中平台，搭载高清摄影镜头，通过地面飞行控制系统对执法范围进行航线规划，根据航线自动计算出航拍参数，获取高分辨的正射影像，通过导入地面像控点的坐标对获取的正射影像进行纠正，然后对纠正后的影像进行现状区划，最后得出违占和破坏林地的面积。
2、无人机执法工作优势
无人机在林业执法中的应用是一个全新的领域，它突破了传统林业执法的束缚，与航空和航天卫星相比，无人机具有以下优势：
（1）时效性高
无人机能够响应低空飞行，起飞准备时间短，操作便利，对天气的要求相对较低;
（2）成本低
无人机置够费用低，运营成本和维护成本远远低于人工的成本。除此之外，还能极大的缩短时间成本;
（3）分辨率高
无人机都搭载高清镜头，航拍影像的分辨率能够达到1cm，对于林业执法的要求已经完全满足。
无人机重量相对较轻，不受飞行环境影响，对飞行场地要求低，飞行方式灵活，能快速响应航拍任务。大部分无人飞行任务航拍高度在1千米以下，一般不需特别申请空域，可以开展各类型的监测活动。无人机的低成本、高效率、高分辨率、高时效性都为林业执法及时提供依据，而且较少各方面的人为干扰，为现代化科技执法提供了可靠保障，减少了违法占用和破坏林地的行为。
二、无人机在林业执法中的技术步骤
利用无人机进行林业执法，主要分为4个步骤：前期准备、外业航拍、数据处理和报告编制。
1、前期准备
主要包括无人机检查，电池电量检查，了解飞行区域的情况，调查天气状况，避开雨天以及雾天，选择无风的天气。根据执法范围界限，选择适合的无人机，规划好外业飞行航线，设置好影像的地面分辨率、照片重叠度、地面像控点布置等参数。
2、外业航拍
根据执法范围的实际情况需要优化航线，布置地面像控点，对航拍完成后的正射影像及时检查，查看是否符合要求，是否需要复飞。
3、数据处理
收集好外业航怕的正射影像，使用图像处理软件（其中包括对影像的预处理、空中三角测量等）完成对正射影像的拼接工作，生成破坏林地的正射影像图。
4、报告编制
根据生成的正射影像，结合外业测量的像控点坐标，根据像控点坐标对影像进行坐标纠正，再结合当地最新的林地基础数据库，对涉及违法占用和破坏林地的地块进行现状区划，统计相关林地数据及面积，最后编制成果报告，提供给当地林业执法部门进行执法。
三、无人机林业执法的应用方法及实例研究
1、应用方法
（1）地面像控点坐标采集
本次林业执法研究案例通过全球定位实时动态系统（简称GPS-RTK）采集地面像控点坐标。在无人机对执法范围进行航拍时，根据林业执法范围和需要的精度布置地面像控点，通过GPS-RTK技术进行像控点坐标测量，获得精确的坐标。
（2）摄影测量技术
无人机对执法范围的采用的是正射航拍技术，即在从一个垂直下视角度采集影像。在采集相片时，记录相片的高度、坐标、航向和旁向重叠等参数，然后对正射影像进行进一步分析处理。根据所需调查精度的要求，轻小型无人机的飞行高度设置在260m以下，即可以获得地面分辨率小于0.05m的影像数据。
2、林业执法应用实例
（1）无人机摄影测量外业作业
2019年1月，深圳市大鹏新区南澳办事处在无人机巡查过程中发现有人违法破坏林地，为了快速准确的获取破坏林地的面积，采用无人机正射航拍的方法对破坏林地的范围进行测量，为了能精确的反映破坏林地的现状，航拍影像地面分辨率为0.05m。本次林业执法航测采用大疆精灵系列无人机，该无人机体积小，方便携带，操作简单，飞行时间长，能够满足本次林业执法的要求。因破坏林地的范围面积比较小，故在外业航拍现场布设3个地面像控点，采用GPS-RTK对像控点进行测量，现场得出像控点坐标。
（2）无人机摄影测量内业处理
利用无人机采用正射影像方式进行拍摄，获得破坏林地的现状影像，生成正射影像图。利用纠正后的正射影像，应用ArcGIS软件对破坏林地的范围进行室内勾绘，区划现状地类并计算出各地类面积，从而得出违法破坏林地的面积。通过现场勘测确定出林地损毁程度。
（3）与传统执法对比
传统的林业执法方式存在GPS由于树林遮挡导致精度下降，执法人员因地形等因素导致部分区域难以到达，影响数据的完整性和客观性，执法人员的工作风险高，效率低。而无人机耗时短，避免了人为GPS走线可能存在的影响因素，获取的信息更全面客观，无人机测量精度高，安全系数高，节省体力。
①与传统执法相比，无人机航拍地面控制点测量时间短，1人只需0.5天即可完成;而传统的地面控制点测量则需要2人1天的时间。测量精度无人机可以达到0.05m;
②从专业知识的角度看，传统执法的成果需要专业人员才能看懂，而无人机航拍的正射影像即使是普通人也能很清楚看懂;
③从安全角度和工作时长考虑，无人机只需要2人1天就可完成外业工作，而传统的林业执法则需要2人2天才能完成。
四、结论与讨论
1、结论
（1）在传统的林业执法过程中，受林地地形的影响，测量耗费时间长，测量的精度低。采用无人机执法不仅满足了对森林资源监管检查的精度要求，同时还能全面反映执法范围的实际情况。
（2）无人机因其体型小，重量轻，操作简单快捷，特别适合用于森林资源的实时监管，同时调查效率是传统调查方式的数倍，降低了外业调查人员的安全风险。
2、討论
（1）无人机因其体积小，其抗风性较差，在外业飞行过程中，容易导致机身不稳造成影像模糊，角度偏差。
（2）无人机现在越来越多的应用在各行各业中，但是大多数都还停留在摸索阶段，还有很多问题需要解决。首先是无人机飞手很多没有经过正规的无人机培训，属于无证飞行;其次是针对无人机的相关法律法规和政策还有待完善;最后是无人机飞行时间短，无法快速获取大面积的地块。
（3）国内的市场上存在各式各样的无人机，部分无人机存在极大的安全隐患，市场监管不严格，导致无人机危害性增加。
综上所述，无人机经过几十年的发展，在各行各业中的应用越来越成熟，特别是对于实时监测这一领域比传统的执法有着无法替代的优势。在林业信息化发展的过程中，无人机有着越来越重要的地位，不仅是针对林业执法，还能在森林资源调查中精准的识别树种，树高等相关林业参数，减少外业工作时间，提高调查精度，为我国的生态发展提供更为可靠的基础数据。在这发展过程中，出现各种各样的问题都会随着时代与科技的发展而得到解决。
（作者单位：510663广东省岭南综合勘察设计院）
