唐小娟

（1. 廣西壯族自治區(qū)自然資源調查監(jiān)測院；2. 自然資源部北部灣經濟區(qū)自然資源監(jiān)測評價工程技術創(chuàng)新中心）

1 自然資源調查概述

1.1 傳統(tǒng)自然資源調查與監(jiān)測方法的局限性

傳統(tǒng)自然資源調查與監(jiān)測方法在實踐中存在一定的局限性，依賴人工實地考察，勞動強度大且耗時耗力，難以滿足大范圍、高效率地調查與監(jiān)測需求。人工觀測受到觀測者主觀因素的影響，可能導致數(shù)據(jù)不準確和不客觀。傳統(tǒng)的自然資源調查與監(jiān)測方法在惡劣環(huán)境和地形條件下的操作難度較大，容易導致人員安全風險，在實時性方面也存在較大問題，因為數(shù)據(jù)的收集、整理和處理過程較為煩瑣，難以滿足快速反應和實時監(jiān)測的需求。因而傳統(tǒng)自然資源調查與監(jiān)測方法在面臨多樣化和復雜化的自然資源管理需求時，難以適應現(xiàn)代科技和社會發(fā)展的步伐，這也催生了基于無人機技術的自然資源調查與監(jiān)測方法的應用和發(fā)展。

1.2 無人機技術在自然資源調查與監(jiān)測領域的潛力與優(yōu)勢

無人機技術在自然資源調查與監(jiān)測領域具有巨大的潛力與優(yōu)勢，無人機具有高度的靈活性和機動性，能夠快速部署并在復雜地形和惡劣環(huán)境中進行高效作業(yè)，大大提高了調查與監(jiān)測的效率。搭載的遙感傳感器可以提供高分辨率和高質量的數(shù)據(jù)，使得對自然資源的觀測更加精確和細致，有助于更好地了解資源分布和動態(tài)變化。此外，可實現(xiàn)實時監(jiān)測和快速反應，對于突發(fā)事件如森林火災、地質災害等具有很好的應對能力。相較于傳統(tǒng)的航空遙感和衛(wèi)星遙感，無人機的部署和運行成本更低，有利于更廣泛地應用。此外，無人機技術與人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術的結合，可以進一步提高自然資源調查與監(jiān)測的智能化水平，降低人工誤差，提高數(shù)據(jù)處理和分析的效率。

2 無人機技術概述

2.1 無人機的定義與分類

無人機，又稱為無人駕駛航空器或者無人飛行器，是一種可以在無須載人駕駛的情況下進行遠程操控或自主飛行的航空器。無人機可以根據(jù)不同的設計、用途和技術特點進行分類，包括固定翼無人機、旋翼無人機、多旋翼無人機、垂直起降無人機等。固定翼無人機具有較長的航程和較高的飛行速度，適用于大范圍的調查和監(jiān)測任務；旋翼和多旋翼無人機具有較好的懸停和低速飛行能力，適用于精細化觀測和特定任務的執(zhí)行；垂直起降無人機則結合了固定翼和旋翼的優(yōu)點，具有較好的飛行性能和適應性。

2.2 無人機技術的發(fā)展歷程

無人機技術的發(fā)展歷程可追溯到20世紀初期，最初用于軍事目的，如作為飛行訓練的靶機。隨著技術的進步，無人機開始承擔偵察和監(jiān)視等任務。在20世紀末和21世紀初期，無人機在軍事領域的應用逐漸擴大，如實施打擊任務和提供戰(zhàn)場通信支持等。此外，民用無人機技術也取得了顯著進展，開始涉足環(huán)境監(jiān)測、農業(yè)、影視制作等領域。隨著無人機成本的降低和飛行控制系統(tǒng)的普及，無人機在民用市場的應用更加廣泛，如快遞配送、救援與搜救、地產測繪等。近年來，無人機技術在遙感領域取得了重要突破，成為自然資源調查與監(jiān)測的關鍵工具[1]。同時，無人機技術與人工智能、大數(shù)據(jù)等領域的融合與創(chuàng)新，進一步拓寬了無人機的應用范圍。

3 基于無人機技術的自然資源調查方法

3.1 遙感圖像采集

基于無人機技術的自然資源調查方法之遙感圖像采集包括光學遙感、紅外遙感和雷達遙感等技術。其中，光學遙感主要通過捕捉可見光、近紅外和短波紅外等波段的反射光來獲取地表信息，如地形、地貌和植被覆蓋等。由于光學遙感圖像清晰且易于理解，在自然資源調查中得到廣泛應用；紅外遙感則利用地表物體發(fā)射的紅外輻射進行探測，可以獲取地表溫度、水分狀況等信息，對于植被健康狀況、水資源管理等方面的研究具有重要意義；雷達遙感是利用無人機搭載的雷達系統(tǒng)向地面發(fā)射微波信號，并接收地面物體反射的信號來獲取地表信息。

3.2 數(shù)字表面模型與數(shù)字高程模型的構建

數(shù)字表面模型（DSM）和數(shù)字高程模型（DEM）是無人機遙感技術在地形分析和地貌研究中的兩個重要產品。DSM是一種描述地表物體高程信息的數(shù)據(jù)模型，包括地面、植被、建筑物等所有地表要素的高程信息。而DEM則是一種僅表示地面高程的數(shù)據(jù)模型，剔除了非地面要素的影響。無人機搭載的高精度遙感傳感器，如激光雷達和攝影測量相機，可以在飛行過程中快速獲取大量高分辨率地形數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)進行預處理、配準和校正等操作，可以構建高精度的DSM和DEM。這兩種模型在自然資源調查中具有廣泛的應用，如地貌特征提取、洪水模擬、土壤侵蝕分析、植被生長監(jiān)測等。通過對DSM和DEM的分析，研究者可以更加直觀地了解地形地貌特征，為自然資源保護和管理提供重要依據(jù)。

3.3 植被覆蓋與生物多樣性調查

無人機搭載的高分辨率光學遙感和多光譜傳感器可以有效捕捉植被覆蓋、類型和健康狀況等信息。通過對遙感圖像進行處理和分析，研究者可以快速獲取植被覆蓋范圍、生長狀況、生物量等參數(shù)，為植被資源管理和生態(tài)保護提供依據(jù)。同時，無人機技術還可以輔助進行生物多樣性調查，如通過航拍圖像捕捉野生動物活動，對鳥類、哺乳類和昆蟲等生物群落進行定量和定性分析。借助無人機技術，植被覆蓋與生物多樣性調查可以在更大范圍、更短時間內進行，降低了人力和物力消耗。此外，無人機在懸停和低速飛行能力方面的優(yōu)勢，使其在復雜地形和密閉植被環(huán)境中的操作更加便捷。

3.4 地表水資源與土壤類型調查

利用無人機搭載的高分辨率光學遙感、多光譜傳感器和紅外傳感器，可以獲取地表水體的分布、水質狀況以及水文動態(tài)等信息。這些數(shù)據(jù)對于水資源的評估、保護和管理具有重要意義，有助于優(yōu)化水資源利用和保障水生態(tài)安全。此外，無人機技術還可以用于土壤類型調查，通過分析多光譜遙感圖像中的光譜特征，可以識別不同類型的土壤和地表覆蓋物，從而對土壤資源評估、土壤侵蝕監(jiān)測和農業(yè)生產等方面提供基礎數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的地面調查相比，無人機技術在地表水資源與土壤類型調查中具有更高的效率、更大的空間覆蓋范圍和更低的成本，同時可以避免人為干擾和誤差。

4 基于無人機技術的自然資源監(jiān)測方法

4.1 森林火災監(jiān)測與撲救

無人機搭載的高分辨率光學遙感、紅外傳感器和熱成像相機等設備可以實時捕捉森林火情的發(fā)展與變化。通過對遙感數(shù)據(jù)的實時分析，可以快速、準確地定位火源，為火場指揮部提供第一手信息，有助于制定有效的撲救策略。同時，無人機具有較強的懸停和低空飛行能力，可以在復雜地形和低能見度條件下進行火情監(jiān)測，有效降低火災對人員和設備的安全風險。此外，還可以通過搭載撲火裝置，如投放滅火彈、噴灑滅火劑等，直接參與火災撲救工作，提高撲救效率，對于防止森林火災擴大、保護自然資源和生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

4.2 植被生長與健康狀況監(jiān)測

植被生長與健康狀況監(jiān)測是自然資源調查與監(jiān)測工作的核心內容之一，而無人機技術為這一領域提供了強大的技術支持。通過無人機搭載的高分辨率光學遙感、多光譜傳感器和紅外傳感器等設備，可以實時捕捉植被的生長狀況、覆蓋范圍以及生物量等信息[2]。利用多光譜遙感數(shù)據(jù)，研究者可以計算植被指數(shù)，如歸一化差值植被指數(shù)等，從而評估植被的生長和健康狀況，用于監(jiān)測植被生長周期、評估植被生產力、指導農業(yè)生產和保護生態(tài)環(huán)境等方面具有重要意義。與傳統(tǒng)的地面觀測相比，無人機技術在植被生長與健康狀況監(jiān)測中具有更高的空間分辨率、更大的覆蓋范圍和更快的數(shù)據(jù)更新速度。此外，無人機在復雜地形和密閉植被環(huán)境中具有更強的機動性和操作便捷性，可以有效降低監(jiān)測成本和人力投入。

4.3 野生動物種群數(shù)量與分布監(jiān)測

通過搭載高分辨率光學遙感設備和紅外傳感器，可以在較大范圍內捕捉野生動物的活動軌跡和種群分布情況。實時遙感圖像的分析有助于快速評估動物種群數(shù)量、密度以及棲息地利用等指標，為野生動物保護和生態(tài)恢復工作提供科學依據(jù)。相較于傳統(tǒng)的地面調查方法，無人機技術在野生動物種群數(shù)量與分布監(jiān)測中具有諸多優(yōu)勢。無人機可以在廣泛的地理范圍內進行高效、精確地觀測，降低了人力和物力消耗。無人機在低空飛行和懸停方面具備優(yōu)良性能，能夠在復雜地形和低能見度條件下開展監(jiān)測工作，避免人為干擾和影響野生動物的正常生活。

4.4 地質災害與土壤侵蝕監(jiān)測

無人機搭載高分辨率光學遙感、紅外傳感器和雷達遙感設備，可以全面、細致地捕捉地表形態(tài)變化、裸露土地面積和地質構造信息。通過對遙感數(shù)據(jù)的處理與分析，可以實時評估地質災害風險、監(jiān)測滑坡、泥石流等災害發(fā)展動態(tài)，為防災減災決策提供重要依據(jù)。同時，無人機技術還可以有效監(jiān)測土壤侵蝕過程，評估侵蝕程度和速率，為生態(tài)修復和土地資源保護提供數(shù)據(jù)支持。相對于傳統(tǒng)的地面調查方法，無人機技術在地質災害與土壤侵蝕監(jiān)測方面具有顯著優(yōu)勢，可在更廣泛的范圍內進行高效、精確的觀測，降低人力和物力消耗，在復雜地形和低能見度條件下具有出色的懸停和低空飛行能力，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和連續(xù)性。

4.5 水資源質量監(jiān)測

無人機可以在較大范圍內實時捕捉水體的水質狀況、水體分布和污染源等信息，利用遙感數(shù)據(jù)的實時分析，研究者可以迅速評估水體的污染程度、識別污染物類型，從而為水資源保護和污染治理工作提供重要依據(jù)。相較于傳統(tǒng)的地面水質采樣和實驗室分析方法，無人機可以在廣泛的地理范圍內進行高效、精確的觀測，降低了人力和物力消耗，在低空飛行和懸停方面具備優(yōu)良性能，能夠在復雜地形和低能見度條件下進行水質監(jiān)測，以避免人為干擾和誤差，提高水質監(jiān)測結果的準確性和可靠性。

5 結語

無人機技術在自然資源調查與監(jiān)測領域具有廣泛的應用潛力，為各類自然資源的調查、監(jiān)測和保護提供有效手段。與傳統(tǒng)方法相比，無人機技術在空間分辨率、覆蓋范圍、數(shù)據(jù)更新速度以及安全性等方面具有顯著優(yōu)勢。然而，無人機技術的應用仍面臨一定的技術挑戰(zhàn)和政策制約，要在技術研發(fā)、數(shù)據(jù)處理與分析、監(jiān)管政策等方面進行進一步的研究和完善。無人機技術的發(fā)展和應用將為自然資源調查與監(jiān)測領域帶來革新性的變革，助力實現(xiàn)自然資源的可持續(xù)管理與利用。