无人机巡航 北京林业有害生物监测有了“千里眼”
2018年4月，依据《国家林业局办公室关于开展松材线虫病疫情普查工作的通知》，北京市林业保护站发布了《北京市林业保护站关于开展松材线虫病疫情普查工作的通知》，通知中明确指出：根据当前全国松材线虫病发生形势，北京市林业保护站决定在2018年上半年开展全市范围内的松材线虫病疫情普查工作。为有效监测并及时发现和除治松材线虫病，北京市林业保护站委托社会化第三方组织北京日出东方园林绿化有限公司(以下简称日出东方)使用固定翼无人机普查监测松材线虫病。截至发稿，2018年北京市林业保护站已累计在延庆、密云、怀柔、平谷、昌平、房山、门头沟7个区完成了19架次的飞行任务，监测面积达25.65万亩，北京市尚未检出松材线虫病。
工作人员调试无人机
守住“最后一道防线”
松材线虫，它因能引起一种林业上最具危险性、毁灭性的病害--松材线虫病，而被欧洲和地中海植保组织(OEEP/EPPO)、亚太植保组织(APPPO)及许多国家列为检疫性有害生物。
“松材线虫病，亦称松树萎蔫病或松树枯萎病。树木一旦受松材线虫侵害，短期内就会死亡，而且防控难度大。因此，松材线虫病又被称为松树‘癌症’。”做好林业有害生物的日常监测工作也显得尤为重要。
记者了解到，自1982年南京中山陵首次发现松材线虫病以来，该病扩散趋势越来越明显，现已成为我国一种重要的外来入侵有害生物。据国家林业局2018年第1号公告显示，我国松材线虫病发生分布区为辽宁省、江苏省、浙江省等16个省、区、市。台湾和香港地区也有分布。
面对松材线虫病跳跃式传播、扩散趋势逐渐明显，且发生分布区已突破了传统的地理适生区和主要媒介昆虫分布区，地理适应性有增强等趋势。如何才能守住北京及周边地区避免感染松材线虫病的“最后一道防线”？
长期以来，北京市大多数山区林间的林业有害生物监测工作主要依赖于生态管护员或护林员的实地巡查，无论是从工作效率还是人员经费等投入来讲，均未实现高效集约化。而且现有的巡查手段还存在很多弊端，一旦出现山林过高过密、所处位置过陡等情况时，单纯依靠人力是很难做到及时监测的。“AH-100固定翼无人机在林业有害生物监测方面的实际运用无疑解决了这些难题，使林业有害生物监测实现智能化发展。目前为止，北京已经连续两年使用固定翼无人机进行林业有害生物监测普查工作，我们监测的要求就是要监测全覆盖、普查无盲区、疫情早发现，做到早发现、早除治。”潘彦平介绍道。
插上智能监测“羽翼”
“左、中，右、中，上、中，下、中。”在延庆郊区空旷地带，无人机飞控手正下达一系列起飞前校正口令，另一名飞控手则在校正完成后调整好无人机起飞方向，通过手持无人机对其进行助飞。一两秒过后，这架固定翼无人机便会，疾速飞上蓝天执行自己的“巡航任务”。
记者在现场了解到，这架“AH-100固定翼无人机”身长仅有96公分，空机重量2公斤，机翼和平尾均可拆卸，其任务载荷量为500克至2000克。起飞方式为弹射(选配弹射架)或手抛，灵活的起降方式尤其适合在林间及缺乏无人机跑道的情况下作业，它的巡航速度在70至90公里每小时，从起飞到降落每架次飞行时长约为1个半小时，监测覆盖面积可达13500亩以上，监测高度在300米至600米之间(以树冠计算)，起飞重量在4500g至6000g之间，可抗5-6级风速，以滑翔和伞降方式降落。
除此以外，记者还了解到：除了用于林业有害生物监测这项新功能外，不同型号的无人机身怀各项绝技。有的自身携带十余枚灭火弹，可以用作森林火情监测，并在发现火苗的第一时间对火势进行扑救；有的则可以进行无人机飞防作业，比如，在确认患有有害生物的区域进行施药。林业植保无人机定向打药，不但可以做到“及时发现，及时治疗”的效果，而且极大的减少了喷药面积和农药喷洒量，降低了对土壤、空气、河流的污染，让林业有害生物治理更加环保、更加精准。此外，无人机在农林有害生物监测及防治方面的多项功能正在逐步实践应用中。
“AH-100”正在空中“巡航”
智慧林业“千里眼”
很多人可能会发出这样的疑问，无人机普查监测到底是如何辨别林间区域是否感染或疑似感染松材线虫病？又是以怎样的方式呈现出感染区或疑似感染区域？
秘密就在这个身长不足一米的小驱壳上，上面装载着一只“千里眼”。“AH-100”固定翼无人机机身搭载着由日出东方独家研制，专门搭配“AH-100”使用的有害生物监测模块传感器，是林业有害生物监测定制生产专用监测传感器，其像素高达4200万，能清晰捕捉到高空拍摄的画面。
通常，飞控手会根据项目划分区域提前勘察飞行区域，再将无人机进行组装，并预设好航行路线，随后调试无人机进行起飞作业。作业期间，无人机每飞行100米即可自动拍出1张局部图，数据处理人员在收集完成资料后再利用专业软件对航拍图像进行即时合成，数百张航拍图最后生成一张航空遥感影像。
影像数据的处理也是一大亮点。采用Pix4Dmapper全自动快速无人机数据处理软件生产DEM和DOM，将拍摄影像进行镶嵌和匹配，随即生成无缝镶嵌的DEM和DOM。自动生成标准分幅的DEM和DOM，大大提高了影像拼接的速度和质量。此外，根据项目技术要求还可生成不同的数据格式，采用不同的软件进行整饰，随即在拼接好的图幅上加图名、地名、图廓以及图内说明文字，最终拼接完成林业“一张图”。数据处理人员告诉记者，影像航向重叠度一般为60%-85%，最小不小于53%。
无人机搭载传感器在高空拍摄的影像，通过后期软件处理成林业“一张图”后，利用森林遭受有害生物后在生理机制与外部形态上反映的可探测性，应用无人机遥感技术可及时揭露危害因子，提供危害范围和等级的信息。受害森林形态变异包括叶形、冠形变化、部分或全部落叶等现象均可被遥感影像所显示。
而受害森林的各类形态则采用监督分类技术进行自动提取。对此，日出东方总经理赵建华向记者介绍：无人机在监测前会针对松材线虫病所引起树叶发黄树木作为训练样本进行拍摄，并将每种树木勾画3-5棵，通过多次人工勾画异常树木作为训练样本来建立有害生物树木大数据样本库。计算机根据之前提取的有害生物树木像元特征，在最终的“一张图”中自动识别类似特征的像元，并在遥感影像中确定树木是否感染。通过无人机遥感数据结合地理信息技术，便可实现对林业有害生物发生规律、分布状况及防治效果的动态监测及跟踪管理。
监督分类是根据已知类别的样本观测值确定分类准则，然后依据该准则，通过选择特征参数(如像素亮度值、方差等)，建立判别函数，据此对影像进行分类的过程。有害生物自动提取技术是利用“自动分类提取”软件的监督分类功能，在监督分类过程中，首先选择可以识别或者借助于其他信息可以断定其类型的像元建立模板，然后基于该模板使计算机系统自动识别具有相同特性的像元。对分类结果进行评价后再对模板进行修改，多次反复后建立一个比较准确的模板，并在此基础上最终进行分类。
赵建华告诉记者：“利用无人机进行林业有害生物监测对科学防控林业有害生物起到积极的推动作用，它可以在做好生态环境保护工作的基础上，实现人力、物力和财力的节约。相信有了无人机等智能手段的加持，未来林业智能化发展就如同每棵树有自己的专属‘身份证’，也便于精细化管理林木的各类生长状况，这也是智慧林业未来发展趋势所在。”
文并摄/张颖
部分供图/北京日出东方园林绿化有限公司
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