無人機在林業(yè)中的應(yīng)用前景和目前存在哪些問題

隨著復(fù)合材料、遙感通信、飛行控制和GPS導航等新技術(shù)的快速發(fā)展，無人機性能得到大幅提升、功能不斷擴展，已可以按照生產(chǎn)工作具體需要，攜帶不同設(shè)備、執(zhí)行多種任務(wù)，各種專業(yè)無人機不斷涌現(xiàn)。本文結(jié)合無人機的概念和發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了無人機對林業(yè)的積極意義，提出了無人機在陜西林業(yè)中的應(yīng)用前景，進行分析并提出相關(guān)建議。

1 、無人機的概念和發(fā)展現(xiàn)狀

無人駕駛航空器（UA： Unmanned Aircraft），簡稱“無人機”，是指由遙控站管理（包括遠程操縱或自主飛行）的航空器。無人機系統(tǒng)（UAS： Unmanned Aircraft System），是指由無人機、相關(guān)的遙控站、所需的指令與控制數(shù)據(jù)鏈路以及批準的型號設(shè)計規(guī)定的任何其他部件組織的系統(tǒng)。

無人機最早出現(xiàn)于1914年的英國，之后很長一段時期主要作為靶機、偵察機等運用于軍事領(lǐng)域。隨著技術(shù)持續(xù)進步和國際形勢變化，上世紀末逐漸從軍事向民用領(lǐng)域轉(zhuǎn)移。1987年日本為了解決日益減少的農(nóng)業(yè)人口問題，委托雅馬哈公司開發(fā)出播撒農(nóng)藥的“R-50”無人直升機，是世界上第一架農(nóng)用無人機。2006年美國航空航天局（NASA）和美國林業(yè)局在加州森林大火中使用“牽牛星（Altair）”型無人機，為消防人員實施滅火撲救提供幫助，這是美國首次在國家空域批準無人機開展民用任務(wù)。我國民用領(lǐng)域無人機應(yīng)用起步較晚，但發(fā)展迅速。2008年5月，汶川大地震發(fā)生后，國家減災(zāi)中心運用“千里眼”無人機開展災(zāi)區(qū)遙感偵察，為災(zāi)情評估和救災(zāi)決策提供依據(jù)。2013年6月3日，我國自主研發(fā)的Z5型無人直升機在內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)根河航空林業(yè)站首航，是我國中型無人機首次應(yīng)用于林業(yè)行業(yè)。隨著微機電制造的進步，2010年云臺技術(shù)開始在無人機上的得到運用，民用消費級航拍無人機迎來了爆發(fā)式增長，2017年全球無人機的產(chǎn)量達到300萬架，市場的規(guī)模達到60億美元。

由于無人機作業(yè)高效、施藥精準，被認為是開展農(nóng)業(yè)植保的最佳解決方案之一，河南、福建和湖南等省已將無人機納入地方農(nóng)機補貼范圍。林業(yè)工作多位于山區(qū)，復(fù)雜的使用環(huán)境對無人機性能提出了更高要求，目前林業(yè)工作中對無人機的應(yīng)用大多還停留在實驗論證階段，發(fā)展前景廣闊。

2 、無人機對林業(yè)的積極意義

2.1 實現(xiàn)林業(yè)現(xiàn)代化的有效手段

航空護林的發(fā)展程度是一個國家林業(yè)現(xiàn)代化水平的重要體現(xiàn)。美國擁有20多種機型、近萬架的農(nóng)林用飛機，近3億公頃的森林全部采用飛機作業(yè)方式進行森林植保，其中無人機約占12%，通用機場有2952個，全年農(nóng)林業(yè)航空作業(yè)已達97萬余小時，形成了較完善的農(nóng)林業(yè)航空產(chǎn)業(yè)體系，為農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)帶來了15%以上的直接貢獻率。截至2016年，我國頒證的民用航空機場僅有218個，全年農(nóng)林業(yè)航空作業(yè)僅有5.10萬小時，與我國現(xiàn)代化林業(yè)的建設(shè)目標極不相稱。

2.2 滿足基層工作實際的迫切需求

我國林業(yè)基層職工大多由采伐時期轉(zhuǎn)型而來，年齡普遍偏大，已逐漸不適應(yīng)正常的野外作業(yè)。以陜西為例，全省國有林場40歲以上職工占65.3%、50歲以上的占18.9%，職工老齡化問題逐步暴露。大中專院校畢業(yè)生在林業(yè)行業(yè)就業(yè)的意愿普遍較低，據(jù)調(diào)查80.79%的林科大學畢業(yè)生認為林業(yè)行業(yè)工作辛苦、薪水低、發(fā)展空間有限，林業(yè)專業(yè)從業(yè)匹配度不足55.5%，人才流失現(xiàn)象嚴重。因此改善工作環(huán)境、提高工作效率就成了當前林業(yè)行業(yè)迫切需要解決的問題。

3 、無人機在林業(yè)中的應(yīng)用前景

無人機與載人飛機相比，具有成本低、耗能少、操作簡易、無須專用機場等特點，節(jié)約財力物力的同時，能有效降低人員風險，非常適合在林區(qū)、山區(qū)等復(fù)雜地形下開展工作，也為林業(yè)行業(yè)改善工作條件、提高工作效率、加快林業(yè)現(xiàn)代化帶來了契機。

3.1 資源調(diào)查

國家林業(yè)局于2003年開始，在全國范圍采用SPOT5等高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展森林資源調(diào)查，開啟了森林資源航天遙感調(diào)查的熱潮。目前各地在一類調(diào)查中已普遍采用“衛(wèi)星數(shù)據(jù)+地面人工調(diào)查”的清查方式，取得了較好效果。但衛(wèi)星容易受到天氣和云層影響，遙感圖像分辨率低，而且刷新周期長、使用成本高。通過無人機遙感航拍，可以有效彌補衛(wèi)星影像分辨率低和時效性差等缺點，極大降低了數(shù)據(jù)成本、減輕了基層工作量，能有效地提高資源調(diào)查的效率和質(zhì)量。

3.2 巡護監(jiān)測

當前開展巡護監(jiān)測主要依托人工定期沿特定路線觀測記錄，效率低下、工作量大。運用無人機技術(shù)，在重點林區(qū)的中心管護站等位置建設(shè)無人機控制中心，以Z5型無人直升機為例（由總參六十所研制：測控半徑30-100公里，續(xù)航時間3-6小時，最大起飛重量450千克），執(zhí)行單次任務(wù)可實現(xiàn)大范圍區(qū)域的監(jiān)測。在有特定任務(wù)或需要精細作業(yè)時，巡護人員進入林區(qū)在巡護主干路空曠地帶啟動輕型旋翼無人機，即可開展支線重點區(qū)域巡護監(jiān)測，能極大減輕日常巡護工作量、提高資源管護效率。

3.3 病蟲害防治

隨著全球氣候變化，以及日益頻繁的經(jīng)濟貿(mào)易和物流活動，近年森林病蟲害呈現(xiàn)程度增強、面積增加的趨勢，傳統(tǒng)人工監(jiān)測與防治手段在應(yīng)對大面積森林病蟲害時的弱勢已逐漸暴露。2016年全國林業(yè)有害生物發(fā)生面積1.7億畝，防治面積1.2億畝。其中陜西省林業(yè)有害生物發(fā)生面積620.9萬畝，防治面積516.4萬畝，影響較為嚴重的有美國白蛾和松材線蟲病。通過無人機航拍，取得高分辨率影像及高光譜數(shù)據(jù)，能夠有效提升有害生物監(jiān)測預(yù)警水平。與傳統(tǒng)人工方式比較，運用無人機系統(tǒng)實施病蟲害防治不僅能有效降低成本，還解決了人工投放不均、高山陡峭地無法投放等難題，能大幅度提高防治減災(zāi)效率。

3.4 森林防火

受復(fù)雜的地形環(huán)境和薄弱的基礎(chǔ)設(shè)施條件限制，森林火災(zāi)一旦發(fā)生，撲救難度極大，容易造成嚴重的生態(tài)損失、經(jīng)濟損失和人員傷亡。通過無人機系統(tǒng)實施森林防火，結(jié)合GPS定位、實時影像傳輸?shù)燃夹g(shù)，可實現(xiàn)火點與熱點信息提取、火情排查與確認、火情告警與分發(fā)。遇到險情時無人機可快速前往起火區(qū)域，通過簡易滅火裝置可將火災(zāi)消滅在萌芽階段。森林火災(zāi)發(fā)生時，傳統(tǒng)載人飛機受煙霧、氣流等影響較大，火場監(jiān)測效果有限，且存在安全隱患，而無人機系統(tǒng)可以盡可能地接近火場開展實時監(jiān)控，有利于探查起火點和火勢方向，在安全距離內(nèi)精準指揮滅火。

3.5 飛播造林

飛播造林在陜北黃土高原等人煙稀少、交通不便的地區(qū)，是實現(xiàn)荒山綠化、調(diào)節(jié)生態(tài)平衡的重要手段。但傳統(tǒng)固定翼飛機實施飛播造林受限于天氣、地形等因素，不能按照飛播區(qū)域的地形部位、坡向、植被類型等實施精準播種，種子消耗量大、成活率低。無人機具有機動靈活、安全方便的特點，非常適用于較為分散的小播區(qū)群的播區(qū)設(shè)計，能有效彌補傳統(tǒng)飛播造林作業(yè)中的不足。

3.6 林區(qū)應(yīng)急管理

近年來極端氣候事件頻發(fā)，林區(qū)自然災(zāi)害及其衍生、次生災(zāi)害的突發(fā)性和危害性有進一步加重加大的趨勢。陜西秦嶺區(qū)域因其得天獨厚的人文和自然資源，每年吸引著大量游客，伴隨而來的是各類非法穿越屢禁不止、野外遇險的情況時有發(fā)生，林區(qū)應(yīng)急管理工作面臨嚴峻復(fù)雜的新形勢。無人機使用成本低廉、受天氣影響小，能快速啟動并傳送實時畫面，有效指導應(yīng)急及搜救工作開展，可以極大提升林區(qū)突發(fā)事件處置能力和應(yīng)急管理水平。

4 、目前存在的問題

4.1 管理制度缺失

現(xiàn)行的航空法規(guī)已與當前無人機快速發(fā)展的形勢不相適應(yīng)，許多政策及標準存在空白。中國民用航空局2013年頒布了《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》的咨詢通告，提出專供無人機使用的“隔離空域”，明確無人機實行分類管理，但同時又提出“有關(guān)融合空域部分待空管部門出臺相關(guān)政策后方可實施”。行業(yè)準入標準、無人機性能參數(shù)和飛行計劃申報等方面的規(guī)定仍未明確，加之我國低空空域尚未對民用開放，無人機實際使用中基本仍是依據(jù)慣例或多方協(xié)調(diào)，造成了混亂無序的使用環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計目前國內(nèi)約2萬架無人機處于“黑飛”（未經(jīng)登記批準的飛行）狀態(tài)，2016年共發(fā)生23起無人機擾航事件，完善相關(guān)法律法規(guī)的工作迫在眉睫。

4.2 行業(yè)融合有限

無人機技術(shù)發(fā)展迅猛，但與傳統(tǒng)行業(yè)的融合還很不足，各種專業(yè)應(yīng)用尚處起步階段。以占據(jù)全球民用小型無人機70%以上市場份額的大疆公司（DJI-Innovations）為例，多數(shù)無人機產(chǎn)品已然淪為“大玩具”，其與專業(yè)領(lǐng)域結(jié)合度較高的僅有（MG-1）農(nóng)業(yè)植保機一款產(chǎn)品，市場潛力尚未打開，以至無人機的產(chǎn)品定位和發(fā)展方向陷入了尷尬境地。2015年10月，國家制造強國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會發(fā)布了《〈中國制造2025〉重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖》，其中指出隨著空域開放的不斷推進，國內(nèi)通用飛機、直升機和無人機市場巨大，到2025年無人機將在邊境巡邏、治安反恐、農(nóng)林牧漁、地圖測繪、管線監(jiān)測與維修、應(yīng)急救援、攝影娛樂等領(lǐng)域大量應(yīng)用，為無人機行業(yè)指明了專業(yè)應(yīng)用的發(fā)展方向。

5、 結(jié)論和建議

2014年1月中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于全面深化農(nóng)村改革加快推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的若干意見》，提出要加強農(nóng)林用航空建設(shè)。2016年5月國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于促進通用航空業(yè)發(fā)展的指導意見》，明確到2020年要建成500個以上通用機場，基本實現(xiàn)地級以上城市擁有通用機場或兼顧通用航空服務(wù)的運輸機場，覆蓋農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、主要林區(qū)和50%以上的5A級旅游景區(qū)，通用航空器達到5000架以上，年飛行量200萬小時以上。國家層面的支持，為無人機系統(tǒng)在林業(yè)工作中的廣泛運用創(chuàng)造了先決條件。

陜西省作為我國重要的航空事業(yè)基地，科研力量雄厚、技術(shù)平臺成熟，并且有著重視運用航空器材開展林業(yè)工作的傳統(tǒng)。由陜西省林業(yè)勘察設(shè)計院和陜西省飛播造林工作站起草的《飛播造林技術(shù)規(guī)程》（GB/T 15162-2005）已于2005年被確定為該項工作的國家標準，鍛煉和凝聚了一支技術(shù)過硬的人才隊伍，2017年陜西省還成立了林業(yè)科學研究院，行業(yè)科研力量得到進一步增強，陜西省完全有能力在林業(yè)專業(yè)無人機的研究和應(yīng)用領(lǐng)域走在全國前列。相關(guān)建議：一是完善政策支撐。積極與航空管理機構(gòu)協(xié)調(diào)，借助空域改革的東風，制定適應(yīng)林業(yè)航空工作的省級管理制度。并爭取將林業(yè)無人機納入農(nóng)機補貼范圍，加大政策扶持力度；二是加強專業(yè)合作。積極與高校、科研機構(gòu)及無人機研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)合作，加快無人機技術(shù)與林業(yè)行業(yè)融合，開發(fā)適合林區(qū)和林業(yè)工作實際的專業(yè)無人機系統(tǒng)；三是明確發(fā)展思路。加快編制無人機航空護林的發(fā)展規(guī)劃，積極開展林業(yè)無人機專項業(yè)務(wù)試點，制定林業(yè)無人機資源監(jiān)測、病蟲害防治等工作的技術(shù)規(guī)程和標準；四是釋放行業(yè)活力。鼓勵社會資本投身林業(yè)航空事業(yè)發(fā)展，同時積極建設(shè)林業(yè)航空組織體系，創(chuàng)辦林業(yè)無人機協(xié)會等，促進林業(yè)無人機行業(yè)健康有序發(fā)展。

隨著科學技術(shù)的持續(xù)進步，越來越多的高新技術(shù)將應(yīng)用于無人機領(lǐng)域，無人機系統(tǒng)的性能和功能也會得到進一步提升，必將在陜西林業(yè)工作中發(fā)揮越來越大的作用，為推動現(xiàn)代林業(yè)、智慧林業(yè)和精準林業(yè)的建設(shè)與發(fā)展提供強有力的支撐。

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