無人機森林應急管理系統(tǒng)

野生動植物保護

無人機監(jiān)測營救：作為野生動物監(jiān)測、生物多樣性檢查的一種手段，無人機靈活性較強，無人機可在緊急情況下開展搜索和救援行動，能夠提供緊急藥物、調查非法捕殺、交易、使用野生動植物等違法活動、及時援助被困人員和野生動物等，很大程度上節(jié)約了時間和人力成本。

無人機森林火災監(jiān)測

通過無人機可以及時發(fā)現(xiàn)災情，進而有效避免監(jiān)測區(qū)域發(fā)生不可逆轉的大型火災。由于無人機具有精度高、速度快等特點，在掃描森林區(qū)域時，能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的火災威脅。

火勢判斷

無人機可見光和紅外監(jiān)測，可以快速定位火點、確定火情、進行林情勘查、拍攝現(xiàn)場照片、測繪過火面積、鎖定相關人員，為森林火災案件偵破查處部門提供有力線索和證據(jù)，有助于提升森林火災案件的辦案質量和辦案效率。

濫砍濫伐

無人機技術補充了森林資源保護的方式，為森林生態(tài)系統(tǒng)的進步和發(fā)展起到了促進作用。在森林資源保護領域，無人機協(xié)助開展野生動植物保護、巡檢監(jiān)測濫砍濫伐等工作，有利于維持森林資源的多樣性和持續(xù)性。

森林喊話

無人機具有機動性強、靈活度高、監(jiān)測范圍廣的優(yōu)勢，且其操作靈活，深鄉(xiāng)鎮(zhèn)、群體活動多的地方以及林區(qū)等重點防火區(qū)域進行防火宣傳，“隔空喊話”傳播森林防火常識，提醒群眾注意。

多光譜遙感變色立木監(jiān)測方案

政策背景

作為我國唯一一個一級林業(yè)有害生物物種，松材線蟲病對森林生態(tài)系統(tǒng)具有極高的危險性與毀滅性，現(xiàn)已擴散至18個?。▍^(qū)、市）、672個縣級行政區(qū)，全國因松材線蟲病累計致死松樹達數(shù)十億株，造成上千億元的直接和間接經(jīng)濟損失。

u 2020年7月，國家林草局提出將在國家“十四五”期間開展松材線蟲病防控五年攻堅行動，遏制松材線蟲病快速蔓延勢頭，維護國家森林生態(tài)安全。u 2022年1月，自然資源部聯(lián)合國家林草局發(fā)布《關于共同做好森林、草原、濕地調查監(jiān)測工作的意見》（自然資發(fā)〔2022〕5號），嚴格規(guī)定了林業(yè)普查的目標與要求，旨在實現(xiàn)松材變色立木數(shù)量逐年下降的總體目標。u 松材線蟲病作為毀滅性的森林病害，及時發(fā)現(xiàn)、及時處置、及時評估，刻不容緩。

行業(yè)現(xiàn)狀及痛點

松材線蟲的危害

松材線蟲通過寄生在媒介昆蟲體內進行傳播，進入到松樹體內后，開始破壞枝干導管，最終致死。病害具有病蔓延速度快、影響面積廣、治理窗口期有限等特點，嚴重制約著松材線蟲病害的快速治理。

松材線蟲病害的主要危害癥狀為：針葉變?yōu)榧t褐色，針葉不脫落，樹干可觀察到明顯的蛀干害蟲侵害痕跡，同時病害也更易發(fā)生于針葉枯黃、生長緩慢的松樹。

多光譜遙感原理

根據(jù)光譜遙感和植物表型學基本原理可知，不同種樹木或者相同種樹木的不同生長階段、不同健康狀態(tài)下，樹木表現(xiàn)在不同波段的光譜反射率/發(fā)射率是不同的。松材變色立木的監(jiān)測，根本上就是通過光譜儀器獲取林冠不同波段的光譜反射率/發(fā)射率，進而判斷林木的生長狀況。松材變色立木多光譜遙感的核心思想是通過航空多光譜遙感的方式獲取樹木冠層信息，基于冠層光譜特征、形狀紋理特征與空間維度特征等信息構建參數(shù)模型，多源信息自動化提取松材變色立木，同時抑制復雜背景。

多光譜影像對比

松隨著遙感技術的不斷發(fā)展，林業(yè)有害生物監(jiān)測對高頻性、全覆蓋性以及準確性逐漸提出越來越高的要求。星遙感分辨率低，影像質量難以保證，無法實現(xiàn)單株變色樹木的準確提??；無人機可見光遙感雖可獲取高分辨率的精細化影像，但目視解譯、算法識別的方式難以適應大面積、常態(tài)化的林業(yè)監(jiān)測需求。因此，高精度、高時效的病害監(jiān)測是未來林業(yè)有害生物監(jiān)測的主要發(fā)展方向。而變色立木監(jiān)察作為松材線蟲病監(jiān)測的有效輔助手段，為病害的準確提取提供可能。

航空、航天多光譜影像效果對比

多光譜遙感智能區(qū)分

在山地的復雜地物場景下，變色立木與健康松樹水泥路等地物的光譜特征有顯著差異，而對于黃土、枯草等光譜特征相近的地物以及形狀紋理特征區(qū)分

多光譜遙感優(yōu)勢

（1）快：多光譜遙感一般都是基于畫幅式成像，同時獲取幾張不同波長位置處的正攝影像，無需穩(wěn)定平臺和復雜的幾何校正，只需在通道配準的基礎上按照常規(guī)航測內業(yè)處理流程即可完成數(shù)據(jù)拼接和預處理校正?；谥行⌒蜔o人機平臺開展的低空遙感，使得時間分辨率得到了顯著提高，單架次可以獲取幾千畝至十幾平方公里區(qū)域的多光譜影像數(shù)據(jù)。

（2）準：由于多光譜相機的波段設置基于松材變色立木及背景環(huán)境的特征光譜，所以雖然通道數(shù)量沒有高光譜多，但是仍然可以精確描述目標特征、精準抑制背景干擾，松材變色立木識別準確度可以做到90%左右。

（3）省：多光譜相機的價格一般是同樣波長范圍高光譜相機價格的1/10，且具有更輕的重量、體積，使得輕小型多旋翼、固定翼均可在無穩(wěn)定平臺的情況下便捷搭載，大大降低了硬件的采購門檻和使用成本。此外，多光譜遙感的數(shù)據(jù)量一般是高光譜遙感的1/10～1/100，極大降低了存儲、處理、分析對電腦配置的要求，縮短了內業(yè)數(shù)據(jù)處理的時間。

方案流程

詳細流程

無人機載多光譜遙感進行松材變色立木監(jiān)測的工程應用需遵照傳統(tǒng)無人機航攝的技術流程框架，考慮到多光譜遙感作業(yè)的部分特殊要求，針對性地梳理了一套完整的技術方案流程

①影像獲?。?/span>以無人機采集可見光影像數(shù)據(jù)為例，首先按照測區(qū)范圍規(guī)劃航飛路線，采集拍攝一定重疊度的下視航片影像

②影像拼接：通過內業(yè)拼接軟件，生成測區(qū)正射影像底圖

③數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理軟件采用全流程數(shù)據(jù)處理軟件，同步支持多光譜、熱紅外與可見光數(shù)據(jù)，可自動進行多源數(shù)據(jù)的拼接、配準、輻射校正、融合等預處理。用于松材變色立木提取的專家算法封裝在行業(yè)應用軟件中，經(jīng)過簡單的交互操作，即可完成變色立木矢量位置、變色立木分布專題圖等專項成果的輸出，整體識別準確度可達90%

④數(shù)據(jù)成果：1、松材變色立木成果專題圖為標注枯死樹木位置的遙感專題圖，直觀了解所提取變色立木的空間分布信息；2、松材變色立木點位矢量文件：矢量文件包含坐標、編號、樹冠面積的矢量數(shù)據(jù)集，為實地巡查人員提供位置標注，并支持數(shù)據(jù)交互；3、松材變色立木點位屬性表：屬性表包括投影坐標（X,Y）和經(jīng)緯度等，可用于進行實地驗證

松材線蟲監(jiān)測效果圖

應用案例

無人機無線圖傳系統(tǒng)

方式一、無人機從高空采集視頻后，通過WiFi/微波鏈路數(shù)據(jù)到達地面站/無人機遙控器，再由5G/4G無人機圖傳專用終端（5G/4G單兵）進行實時傳輸。

方式二、無人機從高空采集視頻后，通過WiFi/微波鏈路數(shù)據(jù)到達地面站/無人機遙控器，匯聚于專用的便攜指揮平臺（5G/4G指揮箱）進行實時傳輸。便攜指揮平臺既作為管控中心，又作為圖傳終端，能將多路無人機畫面進行匯聚、遠程圖傳和管理，還能匯聚指揮中心、飛控手等視頻，協(xié)助指揮中心了解飛控手所處區(qū)域的地面狀況，各飛控手之間可相互通訊，建立臨時前端應急指揮中心。

以上方式采用5G/4G等網(wǎng)絡傳輸，不受距離環(huán)境影響，指揮中心可通過PC客戶端、移動客戶端或解碼器上電視墻方式觀看視頻，完成整個高空圖采實時可視化的任務。指揮平臺不僅可以實時監(jiān)看前端無人機，還可以接入多種前端地面設備，如單兵、車載、應急便攜類終端，實現(xiàn)與前端的實時通信，將無人機視頻完美地融合到了應急指揮的整體系統(tǒng)應用中來。

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無人機駕駛訓練系統(tǒng)

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