遥感图斑和无人机技术在林业病虫害防治中的应用探索_李兆东.pdf

器冷却效果不良的故障。5结语现在随着柴油机不断朝着大型化和智能化的方向发展，保持润滑系统良好的工作性能对提高柴油机的可靠性越来越重要。日常加强对柴油机的维护保养，从而确保柴油机始终处于正常的运转状态，对提升其工作效率和延长其使用寿命都具有非常重要的实际意义。参考文献：1鹿天成.柴油机润滑油过度消耗原因及预防措施J.农机使用与维修，2019(12)：66.2柴福波，隋玉祥，魏连升，等.浅谈柴油机润滑油的正确使用J.现代化农业，1999(1)：28-29.3张鼎明.浅谈柴油机润滑油的合理使用J.拖拉机与农用运输车，1995(2)：50.4曲春学.发动机机油消耗过多的原因及预防措施J.农机使用与维修，2016(8)：68.遥感图斑和无人机技术在林业病虫害防治中的应用探索李兆东（甘肃省白龙江林业生态监测和调查规划院，730046，甘肃兰州）摘要：从我国林业生产的现状出发，简要分析现今我国林业病虫害防治工作中所面临的主要问题，以遥感图斑识别技术和无人机为例，分别论述其在林业病虫害防治工作中的具体应用形式，并针对应用中反映出的部分问题提出改进建议。关键词：信息技术；林业病虫害；防治；应用1我国林业病虫害防治现状林业生产既为林场员工提供了一定经济来源，保障了国民经济发展所需的各类木材制品的充足供给，又对生态环境发挥保护作用，这更是无法用金钱来衡量的。随着我国对于林业生产的重视程度越来越高，以及近年来进出口贸易量的增加，大量外来物种对我国林业生产造成严重影响，其中最为著名的便是松材线虫、美国白蛾等，在我国的部分省份松材线虫甚至毁灭了整个林场的所有松木。为了应对越来越严峻的林业病虫危害，全国各级林业部门纷纷针对自身在林业生产和保护中所面临的病虫害防治特点，不仅设置了专门的防治机构来进行和指导各地林业部门开展各类病虫害防治工作，而且许多林业院校也纷纷投入到林业病虫害防治的第一线，不断研发出开展林业病虫害防治所需的各类药剂、设备1。在传统的林业病虫害防治过程中，通常采用人工的方式进行监测，但由于林场条件较差、占地面积也较大，而相对恶劣的工作条件又致使林业管理人员的数量极其缺乏，无法对广阔的林场进行及时的巡查和监管。同时，在开展防治工作时人手缺乏又导致防治工作的覆盖面较低，进而影响整体防治效果。2遥感图斑技术在病虫害监测中的应用2.1遥感图斑技术在病虫害监测中应用原理通常情况下，一旦林木受到病虫害感染后，其原有正常生理活动将受到严重影响，在植物外观上的表现一般为树叶被啃食殆尽、枝干蛀蚀、叶片不正常变色等。而遥感图斑技术则是利用遥感卫星或无人机在林区上空采集高清晰度的影像资料，并提取影像资料中每个像素的色彩，将其与往期或标准数据进行对比，最终通过影像资料的图斑色彩变化来判断林木是否存在病虫害问题。目前，我国卫星影像的图斑像素精度已经可以达到0.2 m级别，而部分新发射的高分卫星甚至可以达到0.1 m以下的精度，换而言之林区中的林木按照每片树叶6 cm进行计算，只需相邻的5片树叶出现被病虫害感染后的变色问题，遥感图斑技术便可从中进行识别。图1所示为林业遥感影像资料。图1林业遥感影像资料2.2遥感图斑技术在病虫害监测中的不足之处虽然遥感图斑技术在精度上已经达到了一定的级别，但其在林业病虫害监测的实践中还存在部分不足之处，如林木技术数据采集、后台数据分析的时效较作者简介：李兆东（1989），男，甘肃会宁人，大学本科，工程师，主要研究方向为林业调查规划。图片来源：百度机电技术与使用维修1242023年第2期序号 生产厂家型号飞行高度有效载荷 飞行时长1大疆T16海拔2 000 m16 kg18 min2翱胜科技GX622海拔1 800 m20 kg15 min3翱胜科技F30海拔1 800 m50 kg12 min低，影像资料的提取周期较长等。通过上述介绍可知，遥感图斑技术是通过比对影像相邻像素之间的图斑色彩变化或与往期搜集的原始影像资料进行比对来进行病虫害监测的，但是由于林木本身的生长规律，其在每年的不同时节，其叶面的颜色也存在一定变化，故这些自然变化会对遥感图斑技术的应用产生不利影响。目前，对影像资料进行后台数据分析主要依靠人工目测识别，虽然在识别过程中能够通过安排较多的技术人员参与图形处理工作，但其识别的效率较低，尤其是面对部分精度要求较高的影像资料，人工进行图像识别的时长将进一步增加，这对于在初期及时发现病虫害的爆发存在一定影响。我国绝大多数资源遥感卫星都是由政府部门发射和运营的，其提供的影像资料周期通常在45 d左右，如其间所采集的影像数据在林区上空有云层覆盖，则将会导致当期的影像数据无法正常读取图斑信息，必须等待下一次卫星影像数据，这就造成了图斑识别技术的时效性进一步降低2。2.3遥感图斑技术在病虫害监测中的改进针对遥感图斑技术在林业病虫害监测时所暴露的问题，可采取以下相应的改进策略来弥补其在应用中的不足。其一，在影像资料搜集时尽量选取监测对象上空云系较少的时间段，从而减少云层遮盖对影像质量的影响。由于我国国土面积极其辽阔，部分地区在一年中的某个时段会出现长时间的阴雨天气，如长江以南地区的梅雨季节，在该段监控时间内所获得的卫星影像资料，其林区上空很可能始终被云层遮盖，如图2所示。因此，如遇到上述情况，可利用无人机设备对局部林区进行航拍采集正射影像，以此来作为卫星影像资料的补充。另外，自然界或人工林场内的林木会在一年中的某个时间节点最为容易感染特定的病虫害，亦可在此时安排无人机实施航拍影像的搜集工作，从而起到增加图斑识别频次的目的。图2调查中发现的问题图斑其二，图斑数据的人工识别自始至终是影响图斑技术的林业病虫害监控效果的关键因素，其技术应用的时效性和准确性都必须依靠专业人员的肉眼识别，尤其是每当各类病虫害处于爆发初期时受感染的林木数量较少，故所表现的变化图斑数量较少，从而造成人工识别的难度加大。随着大数据和云计算等信息技术的发展和完善，AI（人工智能）所具备的数据处理和系统学习能力与日俱增，尤其是不同病虫害在不同林木上所表现的“病状”具有一定的规律性，针对这一特征AI可通过采集各类林木在感染不同病虫害后的表征反应来识别所对应的图斑色像变化，从而最终达到有效识别每一处像素图斑信息。同时，AI以其强大的学习能力，则可在不断的运行后逐步领会人工甄别的规律3。其三，树木作为一种具有生命力的自然产物，其本身在一年中也会存在一定的季相变化，为了减少这类合理季相变化对病虫害图斑识别所产生的影响，在技术应用的过程中既可以选择最新获取的遥感影像资料与上期的数据进行对比，亦可以与同一地区上年甚至前几年的同时段数据资料进行对比。同时，由于不同年份的气温等环境数据变化也会造成植物的部分生理特征出现不规则的变化，因而在利用AI进行数据库识别后还应对图斑信息进行人工核对，从而最终保证数据的准确性。3无人机技术在病虫害治理中的应用3.1无人机技术的应用形式除了上述提及的利用无人机进行航拍影像资料搜集之外，无人机这一适应性强、操作简便、维护成本低的飞行平台系统，还能够被应用于林区物资运输、药剂喷洒等诸多工作。不同类型的无人机在有效载荷、飞行高度、稳定性等多种飞行指标上存在较大差异，如表1所示。例如在进行航拍时飞行器所需搭载的设备重量较轻，但出于影像资料效果的需要，飞行器必须具备超高的稳定性和操控性，从而保证在摄影时避免机身振动和风向风速变化而造成镜头抖动或倾斜；而在进行物资运输或药剂喷洒时则要求无人机平台能够搭载更多的物资，从而加快相关工作进度。表1部分型号无人机性能统计表3.2无人机技术与定位技术的结合通过无人机平台实施植保物资运输或药剂喷洒过程中，通常采用人工控制或定位导航两种控制模式，在部分无人机飞行距离较短或喷洒面积较小的林区进行作业时可直接采用人工操作的方式进行作业，但我国图片来源：百度机电技术与使用维修125许多地区的林场一望无垠，连绵好几百平方公里，如采用人工操作模式既增加了操作人员的作业强度，又会在喷洒过程中出现重复喷洒或遗漏喷洒的问题，因此，利用定位技术对无人机的作业路径进行规划，则将进一步提高无人机的作业效率。首先，根据拟采用的无人机飞行性能参数和需要进行药剂喷洒作业的范围进行作业路径的初步谋划，通常将整个作业区域分割成数个独立的区域，在每个区域中设置一处作业基地，其在作业过程中将承担无人机平台燃料供给与药剂供应、人员休息等功能。每一处作业基地的设置必须平衡飞行时间和药剂供给等多种因素，避免出现无人机在作用过程中出现燃料不足或药剂不足的问题。另外，在作业实施前可先期将所需的物资运输至每一处临时基地，以保障作业工作顺利进行4，如图3所示。图3无人机进行施药其次，在作业开始前对飞行路径进行合理规划。为了减少漏飞或重飞现象的发生，可在路径控制中结合定位系统，在路径编辑时提前录入各项飞行节点的定位数据；而在作业过程中除非遇到气候发生突然变化或无人机出现机械故障时可采取人工操作的方式进行适当干预，其余时间均可将工作交给飞控软件进行操作5。最后，目前由我国构建的北斗卫星导航系统已经完全覆盖我国全部疆土，其定位精度也已经达到了米级，完全可以满足无人机作业对于定位精度的要求，但针对部分林区地形起伏较大等不利因素影响，可在需要作业范围内提前布置RTK卫星定位网，从而弥补卫星定位信号的缺失。3.3无人机在病虫害治理后效果评估中的应用无人机摄影技术不但能够被应用于图斑监测中，其所搭载的高清晰摄像头还能被用于病虫害治理后的效果评估。由于林场中的林木多数高度较大，常规采用人工对林木的防治效果进行监测，只能对林木底层的治理效果进行核查，位于林木顶端或高处的枝叶的施药效果却无从得知，如要获取这些部位的信息则需人工攀爬到高处进行样本采集。在使用无人机后，高清摄像头能够将大量叶面和枝条的图像发送给监测人员，从而减少了人员在采集样本时所消耗的时间和避免了所需面临的风险，如图4所示。图4无人机进行防治效果评估4结语鉴于我国的林业面积广阔，各地林业病虫害防治的工作量大、任务艰巨，仅仅依靠人工已经无法保证避免林业生产所需面对的各类病虫害威胁，故采用信息化技术来提升林业病虫害防治工作的效率既是实际工作需求，又是保持林业行业健康持续发展的重要保证。通过将卫星遥感、无人机、全球定位等多种信息化技术相互融合，打破部分单项技术在林业病虫害防治工作中的局限性，从而实现林业病虫害防治便利和高效的目标，并对推动智慧林业的建设和实施提供了必要参考。参考文献：1张明磊.林业技术与病虫害防治的方案分析J.南方农机，2020，51（4）：47.2赵令中，张兴根.信息化背景下林业调查设计中的病虫害防治J.南方农业，2019，13（35）：165-166.3马兰.试析林业技术与病虫害防治的方案J.农业与技术，2018，38（22）：183.4赵春霞.无人机技术在现代农业工程中的应用分析J.南方农机，2020，51（24）：49-50.5曾祥久.物联网技术在林业信息化管理中的应用J.现代园艺，2019（21）：202-203.机电技术与使用维修图片来源：百度图片来源：百度126