低空经济时代：无人机激光雷达引领林业新变革

　　一、引言

　　随着科技的不断进步，无人机激光雷达技术在低空经济林业领域正发挥着至关重要的作用。低空经济涵盖了各类航空器在真高 1000 米以下的低空空域进行的各类飞行活动及其辐射产生的经济形态，而林业作为其中的一个重要领域，对技术的精准性和高效性有着极高的要求。

　　无人机激光雷达技术为林业勘测带来了诸多优势，能够实现对森林资源的精准测绘和分析。搭载激光雷达技术的无人机可以飞越整片树林，对地形地貌、树种分布等进行全方位扫描，获取高精度的三维数据。

　　二、低空经济与林业的关联

　　1、低空经济为林业带来的机遇

　　高效的资源调查与监测：无人机等低空飞行器可以快速、准确地获取森林资源信息，为森林资源管理和生态保护提供科学依据。

　　便捷的森林消防与应急救援：低空飞行器可以在森林火灾等突发事件中发挥重要作用，提高灭火效率和应急救援能力。

　　创新的林业产业发展模式：低空旅游、林下经济等新兴产业的发展，为林业产业升级提供了新的思路和途径。

　　2、林业为低空经济提供的支撑

　　应用场景：林业领域为低空飞行器提供了广阔的应用场景，如森林资源调查、森林消防、生态监测等。

　　基础设施：林业部门可以利用现有的森林资源管理设施，为低空飞行器提供起降场地、充电设施等基础设施支持。

　　数据资源：森林资源调查和监测数据可以为低空经济的发展提供重要的数据支持，如地形地貌、气象条件等。

　　三、案例展示

　　1、设备介绍

　　1)设备特点

　　使用北科天绘蜂鸟激光雷达，该雷达具有以下特点

　　重量轻：系统重量约1.1kg，直接挂载大疆M200/210/300/600系列无人机

　　长测程：最大测距250m;最大航高150m，能够在复杂地形和电磁干扰情况下保证飞行作业安全

　　精度高：测距中误差优于2cm;系统高程精度优于10cm

　　速度快：32万 pts/s，点密度>200pts/m²

　　操作便捷：免基站作业，一键启动

　　2)系统详细参数

　　2、飞行概况

　　演示场地位于四川省宜宾市“世界樟海”，测区植被茂密，树间间隔较小，本次使用DJI M300无人机搭载Genius-16P进行飞行扫描，总时长18分钟。

　　3、外场作业

　　1)架设静态基站，静态采集频率1Hz/2Hz，接收GPS、北斗及伽利略卫星系统。并至少先于设备开机5min以上开机。

　　2)将设备适配安装到无人直升机上

　　3)航线规划,航线规划根据测区实际情况设定。然后设备上电静置5min。系统包含惯导系统，因此在起飞之前需要静止5min以使惯导达到良好的作业状态。

　　4)根据设定航线设备自动飞行。

　　5)飞行完成，地面静置5min。

　　6)至少5min以上结束地面静态基准站数据采集。

　　4、内业数据处理

　　本次获取原始点云数据量3GB，解算得到点云数据1.2GB。

　　1)使用pospac 软件进行轨迹解算。

　　将静态基准站数据和设备流动站数据以及惯导数据导入进行融合解算，然后将轨迹输出。原始数据为T04格式，输出out格式轨迹文件。

　　2)使用北科天绘StarSolve预处理软件将轨迹和原始点云进行融合解算，得到WGS84坐标系下的UTM-6度带投影数据。原始点云格式为ISF，中央子午线105，解算后输出LAS格式点云文件。

　　3)单木分割

　　在林业项目中，最重要的一步就是基于激光点云进行单木分割，分离出项目所需的单木点云数据。

　　5、项目成果

　　1)林区分格网叶面积指数

　　2)强度、高度量化分析

　　3)单木分割后量化数据(林木数量、林木位置、树高、冠幅、冠径、冠层体积)

　　四、蜂鸟机载激光雷达在林业中的具体应用

　　1、森林资源调查

　　1)树种识别与分类

　　通过分析无人机搭载的蜂鸟激光雷达点云数据的反射特性和结构特征，可以准确区分不同的树种。例如，不同树种的树冠形状、高度和密度等特征在点云数据中表现不同，利用机器学习算法可以对这些特征进行识别和分类。

　　2)树高和胸径测量

　　无人机搭载的蜂鸟激光雷达能够精确测量树木的高度和胸径。通过对三维点云数据的处理，可以确定树木的最高点和树干的直径，为森林蓄积量估算提供关键参数。

　　3)森林覆盖度评估

　　计算森林中树木的覆盖面积，了解森林的茂密程度。无人机搭载的蜂鸟激光雷达的点云数据可以直观地显示森林的空间结构，通过统计树木的数量和分布，可以准确评估森林覆盖度。

　　2、森林生态监测

　　1)植被生长监测

　　定期采集数据，跟踪树木的生长情况。通过对比无人机搭载的蜂鸟激光雷达不同时期采集的点云数据，可以分析树木的高度、树冠面积等参数的变化，评估森林生态系统的健康状况和生长趋势。

　　2)野生动物栖息地评估

　　了解野生动物的生存环境，为保护措施的制定提供依据。无人机搭载的蜂鸟激光雷达可以穿透植被，获取林下地形和植被结构信息，帮助确定野生动物的活动区域和栖息地特征。

　　3)森林碳储量估算

　　结合树种信息、树高和胸径数据，估算森林的碳储量。不同树种的碳储存能力不同，通过无人机搭载的蜂鸟激光雷达获取的详细林业信息可以更准确地计算森林的碳储量，为应对气候变化提供重要数据支持。

　　3、森林火灾预警与监测

　　1)火险区域识别

　　通过分析植被的高度、密度和干燥程度等因素，确定潜在的火险区域。无人机搭载的蜂鸟激光雷达可以提供植被的三维结构信息，帮助评估火灾风险。例如，茂密的植被区域和干燥的树木容易引发火灾，可以提前进行重点监测。

　　2)火灾监测

　　在火灾发生时，实时监测火势的蔓延情况。无人机搭载的蜂鸟激光雷达可以快速获取火灾现场的三维信息，为灭火决策提供及时的信息支持。例如，确定火灾的范围、火势的强度和蔓延方向等。

　　4、森林采伐规划

　　1)确定采伐区域

　　根据森林资源调查数据和采伐计划，精确确定采伐区域。无人机搭载的蜂鸟激光雷达可以提供详细的森林地形和植被信息，帮助规划人员选择合适的采伐区域，避免过度采伐和对生态环境的破坏。

　　2)优化采伐路径

　　考虑地形和树木分布，规划最优的采伐路径。通过分析无人机搭载的蜂鸟激光雷达采集的点云数据，可以确定最便捷的运输路线，提高采伐效率，减少对森林环境的影响。

　　五、经济效益与市场前景

　　1、经济价值与潜在收益

　　1)提高林业调查效率：相比传统的人工调查方式，无人机搭载蜂鸟激光雷达技术可以大大提高林业调查的效率。人工调查需要大量的人力、物力和时间，而无人机调查可以快速、高效地完成任务，减少了人力成本和时间成本。

　　2)提供精准的数据支持：蜂鸟激光雷达能够获取高精度的森林数据，为森林资源的管理和保护提供更加精准的数据支持。例如，在森林碳汇估算、森林采伐规划等方面，能够提高数据的准确性和可靠性，为决策提供科学依据。

　　3)促进林业产业发展：通过对森林资源的精准调查和监测，能够为林业产业的发展提供有力支持。例如，在森林旅游、林下经济等方面，能够提供更加详细的森林资源信息，促进产业的发展。

　　2、市场需求与竞争态势

　　1)市场需求：随着社会对生态环境保护的重视程度不断提高，对林业资源保护、森林病虫害防治、森林火灾预警等需求将持续增加。蜂鸟机载激光雷达技术以其高效、便捷、安全的特点，将在林业管理中发挥越来越重要的作用，市场应用前景广阔。

　　2)竞争态势：目前，国内外有多家企业和科研机构在研发和推广无人机搭载激光雷达技术在林业领域的应用，市场竞争较为激烈。但是，由于该技术具有较高的技术门槛和专业性，蜂鸟机载激光雷达以其核心技术和丰富经验在市场竞争中具有较大的优势。

　　3、预期发展趋势

　　1)技术不断升级：随着激光雷达技术和无人机技术的不断发展，蜂鸟机载激光雷达在林业领域的应用性能将不断提升，应用范围也将不断扩大。

　　2)智能化发展：未来，蜂鸟机载激光雷达技术将朝着智能化方向发展，实现自主飞行、数据采集和处理等功能，为林业调查监测提供更加高效、便捷的解决方案。

　　3)与其他技术融合：蜂鸟机载激光雷达技术将与人工智能、大数据、云计算等技术融合，为林业资源的管理和保护提供更加智能化的解决方案。

　　六、社会效益

　　1、保护森林资源

　　通过对森林资源的精准调查和监测，能够及时发现森林火灾、病虫害等灾害隐患，采取相应的措施进行防治，保护森林资源的安全。

　　2、促进生态平衡

　　森林是生态系统的重要组成部分，对维持生态平衡具有重要作用。通过对森林资源的调查和监测，能够了解森林生态系统的结构和功能，为生态保护和修复提供科学依据。

　　3、推动林业可持续发展

　　蜂鸟机载激光雷达技术为林业资源的管理和保护提供了新的手段和方法，能够促进林业的可持续发展，实现经济、社会和生态效益的统一。