２０１７年１２月第６期

林业资源管理

ＦＯＲＥＳＴＲＥＳＯＵＲＣＥＳＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴＤｅｃｅｍｂｅｒ２０１７

Ｎｏ６

基于无人机影像的林地管理情况检查与应用分析

黄　贝，朱丽艳，刘文国（国家林业局昆明勘察设计院，昆明 ６５０２１６）

摘要：根据林地管理情况检查实际工作需要，从遥感数据处理、判读区划、资料收集核对等方面详细介绍了检查

前期工作准备，突出强调了无人机在现地验证中的运用。试验通过 Ｐｉｘ４Ｄｍａｐｐｅｒ软件处理无人机采集信息，获得实时航拍正射数据，对比分析无人机在林地管理情况检查工作中的优势，并提出森林资源监督管理方案。

关键词：无人机；林地管理情况检查；遥感影像

中图分类号：Ｓ７７１８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２－６６２２（２０１７）０６－０１５３－０６ＤＯＩ：１０．１３４６６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｌｙｚｙｇｌ．２０１７．０６．０２７

ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＦｏｒｅｓｔｌａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔＢａｓｅｄｏｎＵｎｍａｎｎｅｄＡｅｒｉａｌＶｅｈｉｃｌｅ

ＨＵＡＮＧＢｅｉ，ＺＨＵＬｉｙａｎ，ＬＩＵＷｅｎｇｕｏ（ＳＦＡＦｏｒｅｓｔＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ＆ＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｉｎＫｕｎｍｉｎｇ，Ｋｕｎｍｉｎｇ，Ｙｕｎｎａｎ６５０２１６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｎｅｅｄｉｎｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆｆｏｒｅｓｔｌａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｆｒｏｍｍａｎｙａｓｐｅｃｔｓｌｉｋｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｖｉｓｕａｌｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎａｎｄｉｍａｇｅｓｐｏｔｄｉｖｉｓｉｏｎ，ｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｄａｔａｒｅｃｏｎｃｉｌｉａｔｉｏｎｉｎｄｅｔａｉｌｓＩｔｅｍｐｈｓｉｚｅｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ（ＵＡＶ）ｉｎｆｉｅｌｄｖａｌｉｄａｔｉｏｎＢｙｕｓｉｎｇＰｉｘ４ＤｍａｐｐｅｒｔｏｐｒｏｃｅｓｓｔｈｅｄａｔａｒｅｃｏｒｄｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｆｌｉｇｈｔｏｆＵＡＶ，ｐｅｏｐｌｅｃａｎｇｅｔｒｅａｌｔｉｍｅａｅｒｉａｌｏｒｔｈｏｐｈｏｔｏｄａｔａｗｈｉｃｈｃａｎｈｅｌｐｔｏａｃｋｎｏｗｌｅｇｅｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｆＵＡＶｉｎｗｏｏｄｌａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｂｙｕｓｉｎｇｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓＩｔａｌｓｏｈｅｌｐｐｅｏｐｌｅｔｏｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｐｒｏｇｒａｍｏｆｆｏｒｅｓｔｒｅｓｏｕｒｃｅｓＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ（ＵＡＶ），ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆｆｏｒｅｓｔｌａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｉｍａｇｅ

收稿日期：２０１７－０９－０１；修回日期：２０１７－０９－１２作者简介：黄贝（１９８７－），男，江西贵溪人，工程师，硕士，主要从事林业３Ｓ技术以及森林经理方面的研究。

Ｅｍａｉｌ：２５３３５９９９０＠ｑｑ．ｃｏｍ① 国家林业局森林资源管理司．关于印发刘东升副局长 吴兰香书记讲话的通知（资监函〔２０１６〕３２号）．２０１６．

　　随着经济建设的快速发展，在短期利益的驱使下，擅自改变林地用途、变相侵占林地等各类违法占

用、破坏林地的现象日益严重，为坚决制止随意侵占、

破坏林地行为，尽快扭转现有林地不断损失、减少的

局面，１９９２年国务院办公厅下发了《国务院办公厅转发林业部等部门关于进一步加强林地保护管理工作

请示的通知》（国办发〔１９９２〕３２号）。２０多年来，国

家林业局组织５个直属院和１５个专员办在全国范围内开展了多项专项行动，２０１６年国家林业局整合林地检查、林木采伐管理情况检查和保护发展森林资源

目标责任制检查为森林资源管理情况检查。林地管

理情况检查是国家林业局直接组织的一项例行执法

监督工作之一，也是督促地方强化森林资源管理，推

进生态文明建设的重要举措①。

林业资源管理 第６期　

为更好地贯彻落实林地保护管理工作，在制度

完善的同时监测手段也不断改进，２０１６年国家林业局开展使用遥感手段全覆盖试点工作，为实现全覆

盖检查做好准备①。在利用遥感手段全覆盖检查工

作中，遥感数据源、遥感时相的获取和选择成为首

要问题［１－３］，高分辨率遥感影像在林地变化监测中

的精度更高、效果更好，但很难获得想要的范围和

时相，且价格不低；中分辨率遥感影像选择相对较

多，主要缺点是精度不够。近年来，无人机技术已

逐渐成熟并运用到林业行业，林地管理情况检查面

临着时间紧、任务重等困难，选择一款实用性较强

的无人机进行林地管理情况检查很有必要。

１　研究区概况研究区位于四川省雅安市雨城区，地处四川盆

地西缘、雅安市东部，青衣江上游。东南接眉山市

的洪雅县，西邻本市荥经、天全、芦山县，北抵成都

市的邛崃市，东北与本市名山县毗连。地处北纬

２９°４０′～３０°１４′，东经 １０２°５１′～１０３°１４′，东西宽３４ｋｍ，南北长６３ｋｍ，地势呈南北长条形，西南高，东北低。总面积１０６７ｋｍ２。全区除少数高山区外基本属于亚热带湿润季风气候区。

雨城区水热条件好，森林土壤深厚肥沃，属亚

热带常绿阔叶林地带，森林植被主要包括针叶次生

林分、常绿落叶阔叶混交林、常绿樟栎林、杜鹃 －竹类－针阔混交林、草丛桤木林和芒箕杂灌丛６种。据２０１５年四川省雅安市雨城区森林资源基础数据更新调查报告显示，全区林地面积７６９０８３ｈｍ２，活立木蓄积量 ５２２８７７６ｍ３，森林覆盖率６２９６％。主要树种柳杉、杉木、丝栗、青冈、

%

壳楠、刺楸、灯台、

樟、润楠、桦木、木荷、桤木、喜树等。

２　研究方法获取研究区前后两期中分辨率卫星遥感影像，

在ＰＣＩ，ＥＲＭａｐｐｅｒ，ＡｒｃＧＩＳ等遥感数据处理软件平台下进行几何校正和正射校正，并对影像进行融

合、拉伸、增强以及镶嵌处理，得到研究区检查用基

础遥感影像；空间叠加林业专题数据，通过图像处

理和建立遥感影像解译标志等方法，确定和分析研

究区地物变化情况，采用 ＮＤＶＩ植被指数提取和遥感图像目视解译相结合的方法，检测林地林木的动

态变化，勾绘森林资源变化图斑；通过核对林业局

相关材料，确定林地检查图斑，外业采用现地实测

和无人机航拍测量相结合的方法，通过 Ｐｉｘ４Ｄｍａｐｐｅｒ和ＡｒｃＧＩＳ等软件求算得到各林地变化图斑面积等信息。技术路线如图１所示。

图１　林地管理情况检查遥感监测技术路线Ｆｉｇ１Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｏａｄｍａｐｏｆｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇ

ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｎｆｏｒｅｓｔｌａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔ

① 国家林业局森林资源管理司．关于印发刘东升副局长 吴兰香书记讲话的通知（资监函〔２０１６〕３２号）．２０１６．

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　第６期 黄贝等：基于无人机影像的林地管理情况检查与应用分析

３　应用实例３１　内业判读区划

１）遥感数据准备２０１５年度雅安市雨城区林地管理情况检查实

现遥感全覆盖，前期遥感影像为２０１５年５月３日高分１号拍摄的１６ｍ中分辨率数据，后期遥感影像为２０１６年２月１８日 Ｌａｎｄｓａｔ拍摄的１５ｍ中分辨率数据。利用雅安市雨城区基础影像、ＤＥＭ高程数据对前后期影像进行几何校正和正射校正，并分别将前

后期影像进行融合、拉伸、镶嵌处理。

２）判读区划以雅安市雨城区林地保护利用规划中林地范

围为判读区划范围，首先将范围内遥感影像进行

ＮＤＶＩ植被指数提取，得到疑似植被变化图斑；利用雨城区森林资源规划设计调查、雨城区林地保护利

用规划等基础矢量完善在该区域解译标志库中；将

建立好的解译标志加入 ｅＣｏｇｎｉｔｉｏｎ软件进行面向对象遥感影像分类；按１ｋｍ×１ｋｍ格网进行人工背靠背判读，在参考植被指数变化区、影像分类图斑的

基础上，结合森林资源规划设计调查等成果数据与

影像特征的关系，判读区划得到疑似变化图斑。

３）资料收集核对收集雅安市雨城区占用征收林地材料、林木采

伐设计材料、案件材料、森林资源规划设计调查成

果、林地保护利用规划成果（或经审批林地变更成

果）、国家级和省级公益林修编成果、林权制度改革

成果和其他相关设计材料，有必要的情况下对材料

进行几何校正并矢量化。将以上材料与判读区划

图斑在ＡｒｃＧＩＳ中进行空间叠加分析，将判读图斑进行分类，得到有证占地图斑、有证采伐图斑、疑似无

证占地图斑和疑似无证采伐图斑，然后进行抽样确

定外业现地验证图斑。

３２　现地验证与调查１）雅安市雨城区共判读变化明显图斑３４个，

经核对资料，经审核（批）图斑８个，未经审核（批）图斑２６个。按照技术方案规定，抽取已审核（批）林地项目３个，以及２个临时占地到期回收项目和８个未经林业部门审核（批）图斑进行检查。

２）为提高外业检查效率，采用现地实测和无人

机航拍测量相结合的方法进行调查。当现地与遥

感影像基本一致，或现地与遥感影像不一致，但有

最新清晰Ｇｏｏｇｌｅ影像或地形较为简单易测量的变化图斑采取现地实测的方法进行调查；对于现地与

遥感影像不一致且无最新清晰 Ｇｏｏｇｌｅ影像或矿区等难以测量区划变化图斑，采用无人机航拍进行面

积变化测定。

３）试验用无人机航拍采用北京观著信息技术有限公司研发的青蜓５Ｓ多旋翼无人机。青蜓５Ｓ多旋翼无人机搭载了１个正射传感器（３６００万像素全画幅单反相机）和 ４个倾斜摄影传感器（４个３６００万像素全画幅单反相机），一架次可飞行４５ｍｉｎ，完成８ｃｍ分辨率倾斜摄影数据０３～１ｋｍ２。青蜓５Ｓ多旋翼无人机解决了机身过重和飞行时间过短的问题，并可实时获取视频信息，操作也较为

简单、易懂，只需按规划好的范围一键起飞，待任务

完成后一键降落。

４）利用无人机航拍进行面积测定图斑３个，均为未经林业部门审核（批）图斑，现地为矿山变化。

航拍过程中，对调查区域增加相控点进行相控，以

保证测量精度（理论精度为１∶２０００）。将无人机航拍正射图像、倾斜图像及相控点加载入 Ｐｉｘ４Ｄｍａｐｐｅｒ，处理生成西安８０坐标系遥感正射影像（图２）。

图２　无人机航拍正射影像图Ｆｉｇ２ＯｒｔｈｏｇｒａｐｈｉｃｉｍａｇｅｓｂｙＵＶＡ

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林业资源管理 第６期　

３３　优势分析受遥感影像质量限制，采用常规测量和无人机

航拍测量相结合的方式对１３个检查图斑进行现地验证，其中对３个地形复杂、遥感影像质量不佳的矿山图斑采取无人机航拍测量方式进行现地验证。

从测量耗时、测量精度以及安全性方面分析，无人

机航拍测量调查结果耗时短、精度高且安全系数

高。无人机航拍测量与常规测量调查耗时和面积

对比分析如表１所示。时间比＝常规测量用时／航拍用时，面积比 ＝

（航拍面积－常规测量面积）／常规测量面积。

表１　无人机航拍与常规测量时间和面积对比Ｔａｂ１ＴｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｉｍｅａｎｄａｒｅａｂｅｔｗｅｅｎＵＶＡａｎｄｇｅｎｅｒａｌｍｅａｓｕｒｅ

图斑号 航拍耗时／ｈ 航拍面积／ｈｍ２ 常规测量耗时／ｈ 常规测量面积／ｈｍ２ 时间比 面积比／％

１ １／６ ２４３９３ １２ ２２５２８ ７２０ ８２８

２ １／６ ２８５６１ １０ ２５９２８ ６００ １０１６

３ １／６ １２７９６ ０８ １１５３９ ４８０ １０８９

　注：３号图斑包括３－１和３－２，１号、２号和３号图斑航拍共耗时０５ｈ。

　　通过图２中的２种测量参数分析可得，１号图

斑的Ａ和Ｂ处、２号图斑的 Ｃ处、３－１号图斑的 Ｄ

处以及３－２的 Ｅ和 Ｆ处存在较大差异，常规测量

在矿区山体较陡区域难以得到较为精确的面积。

无人机航拍３个图斑共耗时０５ｈ，而常规测量则需

要３ｈ，３个图斑耗时共节省２５ｈ，从时间效率上计

算平均每个图斑提高６倍。从测量面积上看，１号、

２号和３号图斑常规测量面积分别比航拍面积少

０１８６５，０２６３３，０１２５７ｈｍ２，面积比分别为

８２８％，１０１６％，１０８９％，平均面积比为 ９７８％。

结合现地地形可以发现，３号图斑面积最小而平均

坡度最大，对比可得在常规测量时面积越小或平均

坡度越大，精度越低。

４　结论与讨论

４１　结论

１）在林地管理情况检查中，当地形较陡、坡度

较大时，常规测量结果精度较低；采用无人航拍测

量不仅满足了林地检查的精度要求，同时能将检查

现场图形化，扫除了调查盲区和死角。

２）无人机航拍测量具有精度高、效率高和安全

性高的“三高”的特点，在山区图斑调查时，调查效

率提高８～１０倍，提高外业调查效率的同时大大提

高了调查的安全系数。

３）调查区域面积越小、坡度越大，常规测量结

果精度越低；无人机航拍测量结果受调查范围、坡

度影像较小。

４）试验用蜓５Ｓ多旋翼无人机解决了机身过重

和飞行时间过短的问题，并可实时获取视频信息，

操作简单、易懂，整个调查过程直观的呈现在眼前。

将遥感影像和无人机技术相结合应用于林地管理

情况检查及其他林业执法，达到了“天眼执法”的效

果，调查结果令当事人较为信服且起到了震慑效果。

４２　讨论

１）无人机具有精度高、实时性强、灵活性强、安

全系数高、受天气影响较小、多角度测量等优

点［４－１３］。无人机在林业工作中已逐步使用，张园

等［１０］利用无人机在浙江进行了森林资源二类调查

试验；李宇昊［１１］论证了无人机在营造林核查中的可

以实现造林地面积获取、造林成活率计算、树种辨

认、造林密度计算和林龄确定等；李卫正等［１２］利用

无人机快速标记病死木，为后续寻找和清楚病死木

提供技术支持。试验采用的多旋翼无人机为双系

统无人机，标配了正射与倾斜摄影系统（根据需要

可加配红外系统、ＬＩＤＡＲ系统或可见光系统），这些

特点能大大提高全国森林资源管理情况核查工作

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　第６期 黄贝等：基于无人机影像的林地管理情况检查与应用分析

质量和效率，减少核查成本，降低外业工作强度，提

高林业调查技术水平。

２）随着科学技术的不断进步，各种消费级和行

业应用无人机公司越来越多，在林地管理情况检查

中无人机选用时，大疆 Ｉｎｓｐｉｒｅ１、Ｐｈａｎｔｏｍ４等消费

级无人机一定程度上也能够满足外业调查所需精

度，但由于机身搭载的 ＧＰＳ定位模块缺陷，必须要

对调查区域做足够的相控点才能满足精度要求。

无人机实时获取了监测现场的一手遥感资料，将这

些遥感信息通过遥感影像匹配与拼接等处理，最终

满足检查需求。陈信华［１４］将 ＳＩＦＴ影像匹配算法应

用于影像的自动相对定向，结合最小二乘法实现影

像的自动匹配；李鹏俊等［１５］实验模拟分析了无人机

遥感图像拼接技术的误差关系，有效地消除了投影

误差；金鼎坚等［１６］将无人机运用于地质灾害调查

中，并从数据处理方面对国内外使用较多的 ＤＰ

Ｇｒｉｄ，ＰｉｘｅｌＧｒｉｄ，ＤＰＭａｔｒｉｘ和 Ｉｎｐｈｏ等软件进行了评

价；祝晓坤等［１７］对比分析了 Ｐｉｘ４Ｄ，ＰｉｘｅｌＧｒｉｄ，Ｐｈｏｔｏ

Ｍｏｄ，ＰｉｘｅｌＧｒｉｄＳＩＭ，ＰＴＧＵＩ等５种处理方法，对机载

ＧＰＳ无人机数据应急处理无人机拼图技术等关键技

术进行框架试验研究，提出了基于机载 ＧＰＳ无人机

数据应急处理框架。试验采用Ｐｉｘ４Ｄ软件进行无人

机数据后处理，得到具有地理坐标的高精度正射影

像，在较短的时间内满足了林地管理情况检查的

需要。

３）根据目前林地管理的需要，林地管理情况检

查、各级林地管理以及林地综合执法未来将广泛采

用遥感判读与地面核实相结合、高分辨率与中分辨

率数据相结合的方法。在保证检查质量、效率的前

提下要实现全覆盖，可选择采用部分调查区域使用

高分辨遥感卫星数据检查，其他调查区域在中分辨

率遥感卫星数据监测判读基础上利用无人机航拍

技术测量相结合的办法。现阶段，无人机搭载多光

谱、激光雷达等传感器等手段已逐步应用于植被识

别、森林蓄积量监测、林木地上生物量估测等林业

方面［１８－２２］，多光谱、激光雷达在无人机的运用已成

为当前研究方向之一。

４）无人机在林业行业应用中，已逐步运用到林业有害生物监测、野生动物监测、森林防火、森林资

源调查、林业种植等方面，但多数应用仍停留在试

验阶段，仍面临很多亟待解决的问题。首先是我国

目前对无人机的管理还存在很多政策法规和行业

标准的不完善，管理较严；其次是国内市场上的微

小型无人机研究团队虽多，但研究较为分散，专业

性不强，且操控无人机技术人员稀缺；再次，无人机

硬件重量受限严重，尤其是 ＧＰＳ模块和电池的搭

载，直接限制了定位的精度和续航的时间；另外，由

于部分地区植被生长较快，在植被覆盖伐区后，还

难以通过现有的传感器获得被覆盖的伐桩位置和

大小，利用微小型无人机进行林木采伐管理情况检

查难度较大。无人机运用的推广需要各大林业科

研院所、林业勘察设计研究院等大机构、大单位的

进一步研究，选择一款适用的机型运用于某一具体

工作中。

参考文献：

［１］任冲．中高分辨率遥感影像森林类型精细分类与森林资源变化

监测技术研究［Ｄ］．北京：中国林业科学研究院，２０１６．

［２］牟怀义．多源高分辨率卫星遥感影像监测林地动态变化研究

［Ｊ］．林业资源管理，２０１６（４）：１０７－１１３．

［３］齐腊，刘良文，赵春江，等．基于遥感影像时间序列的冬小麦种

植监测最佳时相选择研究［Ｊ］．遥感技术与应用，２００８，２３（２）：

１５４－１５９．

［４］李德仁，李明．无人机遥感系统的研究进展与应用前景［Ｊ］．武

汉大学学报·信息科学版，２０１４，３９（５）：５０５－５１１．

［５］毕凯，李英成，丁晓波，等．轻小型无人机航摄技术现状及发展

趋势［Ｊ］．测绘通报，２０１５（３）：２７－３１．

［６］汪沛，罗锡文，周志艳，等．基于微小型无人机的遥感信息获取

关键技术综述［Ｊ］．农业工程学报，２０１４，３０（１８）：１－１２．

［７］饶君，李云鹏，陈立涛．浅谈无人机低空摄影技术在城市绿化遥

感测定中的应用［Ｊ］．江西测绘，２０１２（２）：１６－１７．

［８］夏新丰．浅谈无人机在林业生产中的应用［Ｊ］．林业科技情报，

２０１５，４７（２）：４０－４３．

［９］王珂，王亮．无人机技术在林业工作中的应用研究［Ｊ］．绿色科

技，２０１２（６）：１８６－１８７．

［１０］张园，陶萍，梁世祥．无人机遥感在森林资源调查中的应用

［Ｊ］．西南林业大学，２０１１，３１（３）：４９－５３．

［１１］李宇昊．无人机遥感飞机在营造林核查中应用可行性的研究

［Ｊ］．林业资源管理，２００６（１）：９１－９４．

［１２］李卫正，申世广，何鹏，等．低成本小型无人机遥感定位病死木

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