无人机遥感技术与ArcGIS数据处理在林业系统中的运用

无人机遥感技术与ArcGIS数据处理在林业系统中的运用

作者：聂丽

来源：《南方农业·中旬》2021年第09期

摘 要 林业系统是社会可持续建设和生态环境建设的重要物质基础，是国家生态体系的重要组成部分。国内的林业系统发展仍然处于转型阶段，为了确保林业的长期发展，需要引进以无人机遥感和ArcGIS为代表的先进技术。阐述无人机遥感技术和ArcGIS系统的概念，结合实例分别对其在林业系统中的应用进行了分析总结。

关键词 无人机遥感技术;ArcGIS;林业;江西省抚州市

中图分类号：F326.2;P237 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.26.021

随着社会经济的快速发展和科技水平的迅速提升，传统概念上的封闭式林业管理已经不符合时代发展的潮流。为了更准确地了解林业系统的内部情况和资源分布情况，很多林业部门选择引进无人机遥感技术和ArcGIS数据处理技术对区域内的林业资源进行系统管理。这种新型管理方式既能够直接地显示出林业系统内部资源的分布情况，又能够提升林业系统管理的工作效率和工作质量，帮助建设林业系统的智能化管理[1]。

1 无人机遥感技术和ArcGIS数据处理系统

无人机遥感技术是无人机航空拍摄技术的一种，是将无人机与遥感技术相融合，借助无人自动化驾驶技术和遥感遥控技术及时获得空间信息。无人机遥感技术属于低空操作技术，在收集图片和影像时不会受到大气层波动的干扰，具备使用简易、操作成本较低、影像分辨率高及收集图像速度快等优势。无人机遥感技术由外部影像获取和内部影像加工2个部分组成。外部影像获取主要是利用无人机对指定区域进行正面影像采集，考虑到无人机属于低空飞行，拍摄覆盖面积有限，因此在实际操作中通常选择将多个图像拼接整合后获得指定区域的遥感信息。内部影像加工主要是指使用专门的影像模型软件对收集到的影像进行纵向和水平对齐、校正图片、绘制三维模型和填充纹理等，最终得到一份完整的正投影像和测试区域的三维参数，以便日后在ArcGIS系统中进行处理和分析[2]。

ArcGIS数据处理系统是对地理数据信息进行处理、整合、分析和运用的综合性信息处理平台，对于林业系统的管理有很高的应用价值。ArcGIS系统主要包括地理信息数据库的设立、信息数据的录入及数据的整合和分析等。根据实际需要建立一个数据库框架，以点线面的方式建立数据内容之间的客观联系。开始信息数据的录入时，要注意地理信息的完整性及可对比性，并对无人机遥感技术获取和加工过的三维数据与正面投影影像对比校正，在校正过程中要关注坐标系的适用范围。在此基础上就可以开始进行数据的整合和分析工作，如林区类型的整合统计、林区面积变动情况及长宽、坡度等相关地形参数，形成直观的三维模型图，以清晰直观的方式展示林业系统的现状。

无人机作为方便灵活的采集设备搭载平台，可以充分满足大范围内三维数据采集的需要，为林业调查、观测和管控等方面提供准确完整的数据支撑;而ArcGIS则充分利用无人机采集到的遥感信息，进行林业数据库的搭建和三维模型图的制作等进一步的加工处理工作[3]。无人机遥感影像的直观性与ArcGIS系统的数据统计功能的充分结合和衔接，

可以实现林业数据的动态采集和远程信息化管理，进一步推进林业系统的现代化管理。

2 无人机遥感技术在林业系统中的应用

2.1 森林灭火

森林火灾常常会造成巨大的生态、经济损失及人员伤害，且扑灭难度很大，因此需要林业部门进行特别和重点的关注。现阶段使用的森林防火方法是派遣专门人员进行实地观察和巡逻，但这种传统的方法工作量大、危险程度高、监测水平低，对覆盖面较广的大型林区不合适[4]。此外，当火灾已经发生时，这种方法会给巡逻观测人员带來很大的危险。因此，森林火灾防范中引入无人机遥感技术，可以充分发挥其操作简单、快速应对、使用成本低、影像拍摄清晰度高及多功能等优势，对发生火灾的火场实施动态观测，帮助及时扑灭森林火灾。

2.2 森林资源勘查

森林资源勘察也是林业系统工作中的一个重要环节，传统的资源勘查常常需要借助人力实地考察，会造成大量的人力和财力浪费。而在快速发展的科技水平的带动下，森林资源勘察的方式从抽样调查、随机调查逐步过渡到无人机遥感勘察阶段，可以迅速收集指定区域的森林资源数据，具备时效度高、成本耗费低、能源损耗少及清晰程度高等相对优势。如东乡区林业局在林区调查中使用了无人机遥感技术，在勘察过程中采集到了清晰程度很高的遥感影像，并将其导入相应的图像处理软件进行分析和研究，取得了很好的工作成效[5]。

2.3 野生动物观测

在野生动物的生存和行动轨迹观测上，无人机遥感技术具有极高的时效性，能够第一时间掌握整个区域的野生动物族群。通过引入无人机遥感技术，不仅可以实时观测野生动物族群的分布情况和生长趋势，还可以对濒危的珍贵种群进行全方位、全时间段的动态跟踪观察，避免人工巡逻对野生动物造成的干扰，降低实地观测的人力和财力成本。

2.4 林业有害生物防治

现阶段，林业病虫害防治主要依赖人力喷灌农药、设置防虫网、化学试剂诱杀及黑光灯诱捕等方式，但随着国内绿地面积的扩展及极端气候的频繁出现，森林病虫灾害愈发频繁，导致传统的防治措施在对付大规模森林病虫灾害时呈现出较大的劣势。利用无人机遥感技术进行农药的喷洒和动态监测可以显著提高病虫害的监测和防灾减灾能力，降低甚至消除森林有害生物对林业系统和林区资源造成的灾难性伤害。国内使用无人机遥感技术进行有害生物防治的成功案例之一就是江西省抚州市东乡区林业局利用无人机遥感配合ArcGIS技术进行枯死马尾松普查工作，清点枯死马尾松的数量、分布区域并以此为基础判断清理的难易程度，通过制定快速高效的防治策略，保障区域内的生态安全。

3 ArcGIS数据处理系统在林业系统中的应用

3.1 林区资源清查和管控

ArcGIS技术可以通过自带的成图功能完成对林区资源的清查工作，其工作流程是勘察人员將收集到的第一手数据资源经过计算机软件系统转变为ArcGIS可以分析的数据

表格，之后再利用该技术将整理加工之后的数据表格转换为图形存储到相应处理设备中，进而帮助决策者快速计算面积和汇总数据，对林业数据和林区资源进行有效的遥控管理。

3.2 林区电子地图的绘制

林区系统的管理离不开图面影像和资料的支撑，因此在林区系统中引入ArcGIS数据处理技术可以有效缓解制图压力。1）ArcGIS的图层功能可以将获得的影像和数据信息划分为多个层次，在分析时可以选择观看需要的数据信息图层，减少多种信息混乱叠加造成的困扰[6]。2）ArcGIS可以将地图以点线面的形式展示出来，方便管理人员对地图进行直接操作和简单调整。3）ArcGIS将所有图像重新组合和叠加，在不同图层之间建立起内部的逻辑结构，并根据不同专题目标进行内容输出。如ArcGIS可以利用自带的成图功能，将GPS坐标信息和林区勘察资料信息以图形的方式呈现出某一点位的GPS地理坐标和勘察数据，方便林区管理人员对辖区内森林的概况和具体坐标进行总体掌握。

3.3 林业规划和经营管理

ArcGIS地理信息处理系统可以帮助林区管理人员进行信息的处理传递和林业数据库的搭建，使工作人员及时获取林区系统的发展情况，并以此为依据拟出符合规划的具体方案，之后经过模拟对比后得出更加实际和合理的具体管理方案。如ArcGIS可以对不断变换的森林资源产量和野生动植物的数量进行预测，并结合之前绘制的林区电子地图中详尽的参数数据，在ArcGIS系统中形成预测模型，帮助管理人员完成林业规划工作。

3.4 林区生态系统管理

在完成分析预测模型的建立和对林区自然资源分布情况掌握的基础上，ArcGIS可以帮助林区工作人员制定长期和短期的生态系统规划。ArcGIS中内置许多重要的分析和描述工具，可以对生态的发展过程进行模拟，并对辖区内的生物多样性进行反复分析。ArcGIS还可以整合当地人口数据和生态信息，在叠加和组合的基础上分析人类活动对生态系统的长期影响，避免生态系统遭到人为的过度破坏，推动森林资源的可持续发展。通过约束人类活动的界限，从经济和政策2大方面为人类和生态实现和谐互动提供强力保障。ArcGIS中的分析预测模型所绘制的电子地图使得居民接触到以数字化和网络化形式传达的生态数据信息，能大大提升居民对城市绿化和环境保护的参与度。

4 无人机遥感技术与ArcGIS数据处理的应用案例

以江西省抚州市的林业工作为例，可以看到无人机遥感技术和ArcGIS数据处理在林业系统中的实际应用情况。抚州市林业局从战略层面上对新技术的引入和使用给予重视，通过了以“林业机载软件系统研发及集成”建设内容为代表的林业资源监测机载系统建设项目，项目包括了机载业务系统的研发、机载时空信息云服务器和数据库的建设及机载设备运行情况的测试等。

在实践中，抚州市林业局在区域内首次利用无人机开展了苗圃地勘察，为苗圃地周围的林区资源评估提供了数据支持。针对苗圃地及周围的树木品种多、规格不一致、地区划分不明确等问题，南城县林业局首次将无人机遥感技术投入到使用中。通过无人机技术低空拍摄苗圃地实景，再将多张影像拼接成一个完整且附带地理坐标的空间矢量图。之后将该矢量图录入ArcGIS中，就可以在系统中完成小班划分、面积估算、株数统计等工作，并对苗木的高度、半径、株距等参数进行测量，完成苗圃地区的森林资源勘察，进一

步推动南城县和抚州市在林业现代化和林业智能化方向继续发展。除此之外，抚州市还组织了下属区县参与到江西省的无人机遥感技术培训中，参与学员在培训班结束后都做到了对无人机驾驶技术的掌握，完成了规定的培训目标。这不仅提高了林区管理人员的技术水平和创新意识，也为向更大范围内推广无人机航空遥感技术提供了方向，有助于推进新技术在林区系统管理和灾害防治中的应用，提高抚州市林业对灾害的预测和应对能力。

5 结语

目前，无人机遥感技术和ArcGIS数据处理在林区系统中的运用还处于开始阶段，仍需要在实际工作中不断发展和完善。为了实现林业现代化，要继续提升无人机遥感技术和ArcGIS自身的科技含量，提高技术本身的实用性和稳定性，如提升无人机的抗风能力、改进升降操作、增加航拍载体的稳定性等;同时也需要进一步向林业从业人员宣传新技术的功能和优势，推动无人机遥感技术和ArcGIS在实际中的广泛应用，使生态林业和高科技林业成为可能。

参考文献：

[1] 荣泽山，王爱博.无人机遥感技术与GIS数据处理在林业系统中的应用[J].吉林农业，2019（17）：100.

[2] 邱新分.无人机技术在林业工作中的应用[J].吉林农业，2019（12）：92-93.

[3] 刘雨丝.试论无人机技术在林业工作中的应用[J].农业与技术，2021，41（7）：74-76.

[4] 范健超.GIS在林业资源管理中的应用分析[J].山西农经，2020（22）：76-77.

[5] 冶有林.ArcGIS在林业中的应用[J].现代农业科技，2020（14）：122.

[6] 张旭.ArcGIS在林业资源管理中的应用[J].林业科技情报，2019，51（2）：59-62.

（责任编辑：赵中正）