CN117592759B - 一种基于无人机的林草资源网格化巡护方法 - Google Patents

一种基于无人机的林草资源网格化巡护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无人机的林草资源网格化巡护方法，基于巡护任务建立无人机林草巡护作业专题底图，按照巡护区域特征，将巡护区域网格化；结合巡护作业单元内的信号覆盖情况，通过漫游基站+中继站方式进行组网单元覆盖，建立无人机与地面的数据传输链路；根据航线任务确定航线类型、参数并进行试飞、审核与发布；无人机进行林草巡护，按照规划的巡护航线巡护，并将巡护场景的数据实时传送，形成巡护结果。本发明可以替代大部分地面人工巡护的工作内容，通过系统、持续推广预计可减少80%以上人工地面巡护的工作量，且巡护档案全部为数字化成果，档案质量高，信息内容丰富，可作为违法疑似案件处理定性的作证材料，经济、社会效益明显。

Description

一种基于无人机的林草资源网格化巡护方法
技术领域
本发明属于林草资源信息化技术领域，涉及无人机巡护林草资源，具体涉及一种基于无人机的林草资源网格化巡护方法。
背景技术
在对林草资源进行信息化搜集及日常巡护过程中，林草监管部门通常采用地面人工巡护森林、草原等自然资源的传统工作方式；这样容易受制于山区地形条件复杂、人员素质参差不齐等方面的影响，存在工作效率难以继续提升、安全风险隐患较大、人员成本支出越来越高等方面的问题。而随着无人机、互联网、地理信息以及通信技术的发展与普及，无人机巡护服务于多场景林草资源巡护工作的已经成为可能。
目前无人机应用于林草资源监测还处于初级阶段，主要的技术方法是以多旋翼或固定翼无人机搭载正射相机、红外相机等方式，采集林草资源数量、分布、质量等信息。当前技术方法中存在数据无法实时回传、需要离线下载等问题，属于一次性、单目标的任务方式；远没有达到可以常态化、系统化、定制化的多场景巡护应用。因此林草资源巡护工作亟需一种可以替代现有巡护作业的新方式、新方法。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种基于无人机的林草资源网格化巡护方法，对林草巡护目标快速获取、实时回传，满足对山区复杂条件下多种任务场景、网格化巡护的需要。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于无人机的林草资源网格化巡护方法，包括以下操作：
1）基于巡护任务建立无人机林草巡护作业专题底图，按照巡护区域特征，将无人机巡护区域网格化：先将巡护任务划分为无人机巡护作业单元，再将无人机巡护作业单元网格化划分，并向各巡护作业单元分派无人机；
2）结合巡护作业单元内的通讯信号覆盖情况，通过漫游基站+中继站方式进行组网单元覆盖，建立无人机与地面控制站或指挥中心的数据传输链路；对跨巡护作业单元的信号传输则采用地面调度站实现信号接续传输；
所述漫游基站包括机载端和地面端，其中机载端装载于无人机上，地面端架设于巡护区域制高点位置；
3）无人机上还搭载有满足林草资源巡护、林草火灾预警和/或林草有害生物监测的多种信息传感器或相机，以采集林草资源信息、林草火灾信息、林草有害生物信息中的一种或几种；
4）根据巡护作业场景、巡护任务与目标区域，规划无人机巡护航线，并进行试飞、审核与发布；
无人机进行林草巡护，按照规划的巡护航线巡护，并将巡护场景所采集的影像及数据实时传送；地面的指挥中心对回传的影像及数据进行处理形成巡护结果；
5）根据巡护结果生成巡护档案，并对巡护任务进行考核和编写巡护总结。
所述建立无人机林草巡护作业专题底图，是基于巡护任务获取矢量化巡护界线数据、栅格化遥感影像或地形图数据，通过图层加载方式导入并展示；然后标注包括巡护区域、禁飞区域、海拔高程点在内的飞行任务所需信息，并标注包括重点巡护区域、对象目标、现有林草资源分布在内的巡护作业专题信息，建立无人机林草巡护作业专题底图。
所述无人机巡护区域网格化，是根据巡护界线内行政管理隶属、重点/非重点管护、单架无人机日有效覆盖作业区域、单架次无人机有效覆盖作业半径、是否有固定起降条件，结合护林员巡护责任区划分，在无人机林草巡护作业专题底图上将巡护任务分割为多个无人机巡护单元；
再将无人机巡护单元网格化分割，每个任务格网满足无人机单日巡护、格网内管护责任区全覆盖的需要。
所述无人机巡护单元的面积为50~100平方公里；
任务格网的面积为1×1平方公里。
所述漫游基站中机载端与地面端实时保持通信，支持单架或多架无人机在沿航线多点部署的地面端信号覆盖区域内，实现超视距飞行测控；
若漫游基站与现有运营商基站、或与有光缆区域较近时，通过部署光缆实现漫游基站与指挥中心间互联互通；若漫游基站在光缆不便部署区域，则采用无线桥接、级联或中继站转发方式实现漫游基站与指挥中心互联互通；
若在漫游基站与指挥中心无法直通区域，则增设微波汇聚设备进行一级或多级桥接转发，从而实现机载端、地面端与指挥中心和控制站点间的全系统互联互通，确保巡护区空地无线信号全覆盖；
所述的数据传输链路可在各地面端间实现零延时、零丢帧无缝切换，满足无人机飞行航拍影像和飞控数据通过地面网络，实时回传至指挥中心，并同时满足指挥中心对飞行器的实时遥控或指挥；
对于需要跨巡护作业单元实现连续巡护作业的，设立地面调度站进行信息汇总，实现漫游基站与指挥中心互联的信号接续传输。
所述无人机飞行航拍影像包括视频图像、火灾预警热点信息；所述飞控数据包括飞行姿态、任务航线；其中飞行姿态、任务航线信息为控制中心提供参考，火灾预警热点信息、视频图像为及时预警和处置提供参考，控制中心再将获得数据上传至服务器。
所述规划无人机巡护航线，是根据包括林草资源保护、林草火灾预警、林草有害生物防治在内的巡护场景与目标区域，选择点状、蛇形、套耕、环形和/或条带类型相结合规划无人机巡护航线；
无人机巡护航线设置时参照正射影像采集的标准，航向重叠度不得少于53%，旁向重叠度不得少于15%；其中无人机巡护安全高度应距离地面100m以上，巡护速度不大于20m/s；无人机巡护航线中还设置起降点及备降点，巡护任务结束后，无人机按照指定返航点降落。
所述的巡护作业场景包括：
林草资源巡护场景：无人机搭载巡护载荷至少包括可见光相机、高音喇叭；对单个巡护网格区域每周无人机巡护架次不少于3次，每月航片影像数据至少全覆盖1次；
林草火灾巡护场景：无人机搭载巡护载荷包括可见光相机、热红外相机以及高音喇叭；巡护作业时覆盖域内林草可燃物或防火重点区域，巡护作业时能及时发现疑似火点、烟点情况，并将相关位置信息及时回传；
林草有害生物防治场景：无人机搭载巡护载荷包括适配可见光、多光谱的相机；巡护区域覆盖域内易发生病虫害的林木资源；所述相机的可见光可识别树木外表颜色非正常变化，相机的光谱反射率降低程度可反映病虫害发生的程度等级。
所述指挥中心对回传的数据进行的处理包括：
①对于林草资源巡护场景所采集的影像成果，先对影像进行包括几何校正、增强、裁剪、镶嵌和匀色在内的预处理，达到1A级数据产品级别；其次将预处理完的零散航片拼接成单幅正射影像图，最后将影像图切割成不同比例尺的瓦片地图并进行发布；
或者，以相同巡护网格化单元内的两期巡护影像为对象，利用图像插值、比值和植被指数法对像元信息进行比对分析，识别影像变化区域，发现破坏林草资源的违法线索；
②对于林草火灾预警巡护场景所采集的疑似火点、烟点数据，采用室内目视解译法，对其可能发生危害性质进行初步判定，再结合野外现地验证进行二次确认，通过变化检测分析对火灾发生范围进行评估；
③对于林草有害生物防治监测场景所采集到的疑似疫情信息，通过可见光、光谱纹理的对比识别，分析包括疫情类型、疫木位置、发生面积在内的信息。
所述巡护档案包括：
①无人机设备及运维档案信息管理，包括设备编号、类型、型号、所属部门、检修与保险信息；
②无人机作业人员档案信息管理，包括无人机驾驶人员的飞行资质、驾龄、飞行记录、所属部门；
③无人机巡护作业任务及成果，包括无人机巡护作业记录、采集数据成果、发现疑似问题线索记录；
所述对巡护任务进行考核包括：
①无人机巡护出勤记录考核，包括按照不同巡护场景要求的最低巡护架次、巡护周期；对无人机月度、年度巡护出勤进行统计分析，出勤未达到最低次数的则被列为不合格；
②无人机巡护质量考核，按照无人机巡护的作业安全事故率、巡护面积覆盖率、巡护成果完整与规范、发现疑似问题错报与漏报率指标，对无人机巡护质量进行考核；
③无人机巡护管理与档案记录考核，对无人机日常保养运维、巡护日志记录、巡护成果归档率指标进行考核；
将以上考核指标按照权重进行打分，形成无人机巡护考核得分排名结果，并进行发布；
最后，按照年度形成无人机巡护作业总结报告。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的基于无人机的林草资源网格化巡护方法，基于无人机平台，融合多种传感器、网络通讯以及影像信息处理，实现对林草巡护目标快速获取、实时回传、处理分析，并可以进行管理考核；可以高效、安全、实用的替代传统人工地面巡护的作业方法，满足对林草资源多场景下的网格化巡护管理需要。
本发明本发明提供的基于无人机的林草资源网格化巡护方法，根据无人机林草巡护的需求特点，创新性提出建立专题巡护底图，对巡护区域网格化处理与任务分配；依托漫游基站+中继站的方式，多种巡护航线规划相结合方式，解决无人机巡护任务需要网格化落实巡护责任，山区条件下需要实时传输数字、图像信号等问题。
本发明提供的基于无人机的林草资源网格化巡护方法，提出通过搭载正射相机、激光雷达、高光谱相机、扩音器多种传感器设备组合，来完成采集林草资源信息、林草火灾信息以及林草有害生物信息多林草巡护场景的需要，并借助变化检测等功能对数据信息开展两期对比分析，发现破坏资源、危害生态安全的线索信息。
本发明提供的基于无人机的林草资源网格化巡护方法，提出了对无人机林草资源巡护任务的管理、考核及总结的方法，形成一套无人机完整的巡护作业方法流程，满足“林长制”工作需要进行量化考核、结果评价和总结归档的需要，实现对已有人工地面巡护方法的替代。本发明能够满足对山区复杂条件下、大范围林草资源保护、林草防火预警、林草有害生物防治等多种任务场景应用需要。
本发明提供的基于无人机的林草资源网格化巡护方法，可以替代大部分地面人工巡护的工作内容，通过系统、持续推广预计可减少80%以上人工地面巡护的工作量；且巡护档案全部为数字化成果，档案质量高，信息内容丰富，可作为违法疑似案件处理定性的作证材料，经济、社会效益明显。
附图说明
图1为本发明的无人机林草巡护方法流程示意图；
图2为本发明的任务网格划分示意图；
图3为本发明的无人机与地面的数据传输链路示意图；
图4为本发明的无人机搭载负载示意图；
图5为本发明的相同巡护网格化单元内的一期巡护影像示意图；
图6为本发明的相同巡护网格化单元内的二期巡护影像示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
为适应林草资源信息化的需求，尤其是配合“林长制”巡护，本发明提出基于无人机的林草资源网格化巡护方法，包括以下操作：
1）基于巡护任务建立无人机林草巡护作业专题底图，按照巡护区域特征，将无人机巡护区域网格化：先将巡护任务划分为无人机巡护作业单元，再将无人机巡护作业单元网格化划分，并向各巡护作业单元分派无人机；
2）结合巡护作业单元内的通讯信号覆盖情况，通过漫游基站+中继站方式进行组网单元覆盖，建立无人机与地面控制站或指挥中心的数据传输链路；对跨巡护作业单元的信号传输则采用地面调度站实现信号接续传输；
所述漫游基站包括机载端和地面端，其中机载端装载于无人机上，地面端架设于巡护区域制高点位置；
3）无人机上还搭载有满足林草资源巡护、林草火灾预警和/或林草有害生物监测的多种信息传感器或相机，以采集林草资源信息、林草火灾信息、林草有害生物信息中的一种或几种；
4）根据巡护作业场景、巡护任务与目标区域，规划无人机巡护航线，并进行试飞、审核与发布；
无人机进行林草巡护，按照规划的巡护航线巡护，并将巡护场景所采集的影像及数据实时传送；地面的指挥中心对回传的影像及数据进行处理形成巡护结果；
5）根据巡护结果生成巡护档案，并对巡护任务进行考核和编写巡护总结。
其中，本发明提出利用无人机作为巡护平台，创新采用了网格化划分巡护任务，采用无人机实现网格化巡护方式，以克服以往地面人工巡护效率低、容易发生巡护死角的缺陷。
而林草资源一般处于山区复杂条件下，为保证林草巡护目标快速获取、实时回传；在以巡护网格为单元的基础上，通过对山区4G/5G信号难以覆盖区域采用漫游基站+中继站方式进行组网单元覆盖，对跨巡护网格单元则采用地面调度站实现信号接续传输方式，解决以往山区无人机巡护信号不能实时传输、跨区域作业信号丢失的问题。
此外，本发明还提出在无人机平台实现多传感器相结合方式，解决以往无人机作业应用场景单一、缺少多元数据融合的问题；针对无人机巡护作业主要包括林草资源巡护、林草火灾巡护、有害生物防治巡护三类场景，本发明利用正射相机（满足林草资源巡护）+热红外相机（满足林草火灾预警）+高光谱相机（满足林草有害生物监测）的多传感器相结合方式进行巡护。
进一步，对不同巡护场景的数据进行处理，形成巡护结果，然后对巡护档案进行管理，并对巡护任务进行考核和编写巡护总结，完成整个巡护过程。
下面给出具体的实施例。
参见图1，本发明提供的基于无人机的林草资源网格化巡护方法，以无人机作为巡护平台，对无人机巡护作业的任务底图建立、任务网格化、数据传输、作业场景、处理分析、任务考核与总结，包括以下操作：
建立巡护底图，并根据巡护底图按照巡护区域特征对巡护区域网格化划分；
架设自组网形式的漫游基站，建立无人机与地面的数据传输链路（按照巡护网格内的已有4G/5G信号覆盖情况确定是否需要补充）；
接着根据航线任务确定航线类型、参数并进行试飞、审核与发布；
无人机林草巡护作业主要包括三类场景应用：林草资源巡护、林草火灾巡护、林草有害生物防治；
无人机进行林草巡护，按照规划的巡护航线巡护，并将巡护场景的数据实时传送，地面的指挥中心对回传的数据进行处理形成巡护结果。
下面对各个部分进行详细说明。
（1）建立无人机林草巡护作业专题底图
无人机林草巡护作业专题底图主要为无人机网格化巡护、漫游基站布设、飞行任务规划等提供底图参考作用；
基于巡护任务，从巡护单位获取矢量化巡护界线数据、栅格化遥感影像或地形图数据；通过图层加载方式，在地理信息软件中（比如ARCGIS PRO）导入以上数据并展示，在此基础上标注巡护区域（各拐点坐标）、禁飞区域（各拐点坐标）、海拔高程点等飞行任务所需信息；并标注重点巡护区域、对象目标、现有林草资源分布等专题信息，建立无人机林草巡护作业专题底图（比例尺1：5000）。
所建立的无人机林草巡护作业专题底图，以包括图层（shp）、影像（tif）的MXD工程形式存储，使用时通过ARCGIS PRO地理信息软件调用、打开，也可导出JPG、TIFF专题成果图进行应用。
（2）无人机巡护区域网格化
根据巡护界线内行政管理隶属、重点/非重点管护、单架无人机日有效覆盖作业区域、单架次无人机有效覆盖作业半径、是否有固定起降条件等，结合已有护林员巡护责任区划分资料，在巡护作业底图上将巡护范围细化为多个面积在50-100平方公里的无人机巡护单元；
具体的，无人机巡护单元内，将任务格网按照1×1平方公里确定（任务网格划分结果如图2所示），即可满足无人机单日巡护、格网内管护责任区全覆盖的需要，确保巡护作业无死角、合理分配无人机巡护能力以及作业效果。
（3）漫游基站布设与数据传输（参见图3）
为保证巡护信息的实时回传，若巡护区域内有4G/5G网络覆盖，则采用现有网络进行信息回传，以节省成本。
然而，巡护区域通常是没有4G/5G网络覆盖的，所以采取布设自组网“漫游基站”方法来解决数据传输问题。具体的，在无人机巡护底图标注没有4G/5G网络覆盖的区域，通过多个漫游基站组网方式实现信号覆盖。
漫游基站包括机载端和地面端，其中机载端装载于无人机平台上，地面端架设于巡护区域制高点位置。地面端根据巡护区域的地形以及区域大小等不同状况可以选择直线距离每20-30km架设一台。
机载端与地面端实时保持通信，支持单架或多架无人机在沿航线多点部署的地面端信号覆盖区域内实现超视距飞行测控；无人机与地面建立的空地数据传输链路可在各地面端间实现零延时、零丢帧无缝切换，可实现飞行航拍视频图像和飞控数据实时回传（通过地面回程网络）至控制站（近端）或指挥中心（远端），并同时实现控制站或指挥中心对飞行器的实时遥控或指挥。
漫游基站与现有运营商基站、或与有光缆区域较近时，可部署光缆实现数据互联；若在光缆不便部署区域，采用无线桥接/级联/中继站转发模式实现漫游基站与指挥中心间互联互通；
若在无法直通区域（通信距离过长或受地物遮挡），可增设微波汇聚设备进行一级或多级桥接转发，从而实现无人机、地面端与各级指挥中心和控制站点间的全系统互联互通，确保重点巡护区空地无线信号全覆盖。
对于需要跨巡护单元网格实现连续巡护作业的，设立地面调度站进行信息汇总，实现漫游基站与地面调度站、指挥中心互联的信号接续传输。
具体的，无人机巡护传输飞行姿态、任务航线、火灾预警热点、视频数据，由无人机通过数据传输链路实时向地面控制站、指挥中心进行发送（其中飞行姿态、任务航线信息为无人机巡护操控提供参考，火灾预警热点、视频数据为及时预警和处置提供参考），控制站、指挥中心再将获得数据上传至服务器，为后续数据分析、档案管理、考核评价提供支持。
对于正射影像数据，由于数据量较大且需要后续加工处理，则采用无人机降落后离线拷贝至控制站、指挥中心的服务器方式完成。
（4）无人机巡护航线规划
根据林草资源保护、林草火灾预警、林草有害生物防治等不同巡护任务与目标区域，选择点状、蛇形、套耕、环形和条带类型相结合规划无人机巡护航线。
具体的，巡护航线设置时参照正射影像采集的标准，航向重叠度不得少于53%，旁向重叠度不得少于15%；
无人机巡护安全高度应距离地面100m以上，巡护速度不宜大于20m/s。任务规划应设置起降点及备降点，巡护任务结束后，无人机按照指定返航点降落；无人机任务航线发布前，组织规划航线试飞，确保巡护航线上的任务安全。
（5）无人机林草巡护作业
无人机林草巡护作业主要包括三类场景应用：
①林草资源巡护场景
林草资源巡护作业主要针对发生疑似破坏林地、盗伐林木资源的事件来进行预警监测；正常作业条件下，对单个巡护网格区域每周无人机巡护架次不少于3次，每月航片影像数据至少全覆盖1次，搭载巡护载荷至少包括可见光相机、高音喇叭等（巡护载荷可参考图4所示无人机搭载负载）。
②林草火灾巡护场景
林草火灾巡护作业时应用覆盖巡护区域内林草可燃物或防火重点区域，巡护作业时需及时发现疑似火点、烟点情况，并能将相关位置信息及时回传。正常作业环境下，在防火期内定期巡护，在高火险期内每日巡护；巡护载荷一般采用可见光相机、热红外相机以及高音喇叭（巡护载荷可参考图4所示无人机搭载负载）。
③林草有害生物防治场景
林草有害生物巡护对象应能覆盖巡护区域内易发生病虫害的林木资源，巡护作业时通过传感器识别树木外表颜色非正常变化来识别定位（例如松材线虫发生后叶子变黄褐色或红褐色），再通过光谱反射率降低程度确定病虫害发生的程度等级。
巡护作业时间选择在林草病虫害发生的高发季节，影像数据在4-6月和8-10月至少覆盖管护区域1次。巡护载荷应选择可见光、多（高）光谱相机等（巡护载荷可参考图4所示无人机搭载负载）。
当然，上述场景的所有相机、传感器可以搭载在一台无人机上，实现一次巡护完成林草资源信息、林草火灾信息以及林草有害生物信息的采集，满足多林草巡护场景的需要。
（6）数据处理与档案管理
无人机巡护作业完成后，将巡护数据上传至指挥中心或服务器处理分析。
①对于林草资源巡护采集影像成果，首先通过ARCGIS软件及二次开发包对影像进行几何校正、增强、裁剪、镶嵌和匀色等预处理，达到1A级数据产品级别；其次将预处理完的零散航片拼接成单幅正射影像图，最后利用切图技术将影像图切割成不同比例尺的瓦片地图并进行发布，提高对巡护影像的浏览、查询、地理分析效率。
另外还可以对巡护区域进行变化检测分析，具体以相同巡护网格化单元内的两期巡护影像为对象，利用图像插值、比值和植被指数法对像元信息进行比对分析（如图5、图6所示进行比对），识别影像变化区域，发现破坏林草资源违法线索。
②对于林草火灾预警巡护的疑似火点、烟点数据（可由相机自带火点识别模块发现），一般采用室内目视解译法，对其可能发生危害性质进行初步判定确认；再结合野外现地验证进行二次确认，通过变化检测分析对火灾发生范围进行评估。
③对于林草有害生物防治监测采集到的疑似疫情信息，通过可见光、光谱纹理的对比识别，分析疫情类型、疫木位置、发生面积等信息。
采用数据库对无人机巡护作业任务及数据成果档案管理：
①无人机设备及运维档案信息管理，包括设备编号、类型、型号、所属部门、检修与保险信息等；
②无人机作业人员档案信息管理，包括无人机驾驶人员的飞行资质、驾龄、飞行记录、所属部门等；
③无人机巡护作业任务及成果，包括无人机巡护作业记录、采集数据成果（栅格、矢量、多媒体数据格式）、发现疑似问题线索记录等。
（7）巡护任务考核与评价
为了满足各级林长对护林巡护任务的管理与年度考核，还需建立针对无人机巡护的考核指标与评价标准：
①无人机巡护出勤记录考核
具体按照不同巡护场景要求的最低巡护架次、巡护周期，对无人机月度、年度巡护出勤进行统计分析，出勤未达到最低次数的则被列为不合格。
②无人机巡护质量考核
按照无人机巡护的作业安全事故率、巡护面积覆盖率、巡护成果完整与规范、发现疑似问题错报与漏报率指标，对无人机巡护质量进行考核。
③无人机巡护管理与档案记录考核
对无人机日常保养运维、巡护日志记录、巡护成果归档率指标进行考核。将以上考核指标按照权重进行设置打分，形成无人机巡护考核得分排名结果，在林长制管理系统中进行发布，用于林长制、天然林保护的巡护量化考核，并按照年度形成无人机巡护作业总结报告，可在林草主管部门网站进行定期发布，提高林草监管效果。
下面给出具体的验证对比实施例。
本发明的方法在某保护区进行过现地对照实验，验证结果发现：
现有人工地面林草巡护日平均巡护面积2km2左右。
多旋翼无人机按照单架次巡护作业时长50分钟、巡航速度平均10m/s、载荷相机视场角60°、飞行高度500m、每日飞行6架次进行测算，其巡护覆盖面积为108km2。
垂直起降固定翼无人机按照单架次巡护时长90分钟、巡航速度平均为20m/s、载荷相机的视场角60°、飞行高度500m、每日飞行4架次进行测算，其巡护覆盖面积260km2。
通过巡护面积情况对比发现，该实验中无人机巡护是人工地面巡护的54~130倍，无人机巡护效率优势明显，具体数据对比详见表1。
表1 人工地面与无人机林草巡护对比验证结果
本发明的方法在某林场进行实际操作及技术验证。该林场需要巡护作业面积约1000平方公里左右，分布在4个单位，聘用有120多名护林员进行林草资源日常巡护工作，管理部门需要对护林员工作进行出勤考核、巡护日志填报、巡护发现问题上报等进行监督管理。
按照本发明建立无人机巡护底图，并按照林场经营范围、地形地貌划分了12个常态化巡护格网，采用了垂起固定翼无人机1架（续航时间90分钟），搭载有可见光、热成像、高光谱相机以及高音喇叭等载荷设备；在已有7个国有林场的11个通讯基站（包含视频监控中继站）基础上增加布设9套自组网漫游基站（其中3套为中继基站），实现了对巡护区域的无人机数传、图传信号的基本覆盖，规划了3类14条（点）巡护航线；
分别对林草资源保护、林草火灾预警、林草有害生物防治等工作进行巡护作业，实现了按周、月、季度、年度的巡护覆盖。并实现对巡护作业采集的航片影像进行两期变化识别处理、疑似火点信息提取、林草有害生物发生区域监测等功能。
根据巡护结果进行统计，通过无人机巡护发现的疑似违法及火灾线索79条，满足了“林长制”工作、天然林保护等工作的巡护需要。
本发明技术方案与传统人工地面巡护相比，可以替代大部分地面人工巡护的工作内容，通过系统、持续推广预计可减少80%以上人工地面巡护的工作量；且巡护档案全部为数字化成果，档案质量高，信息内容丰富，可作为违法疑似案件处理定性的作证材料。综合其巡护单价成本来看，经济、社会效益明显。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于无人机的林草资源网格化巡护方法，其特征在于，包括以下操作：
1）基于巡护任务建立无人机林草巡护作业专题底图，按照巡护区域特征，将无人机巡护区域网格化：先将巡护任务划分为无人机巡护作业单元，再将无人机巡护作业单元网格化划分，并向各巡护作业单元分派无人机；
所述无人机巡护区域网格化，是根据巡护界线内行政管理隶属、重点/非重点管护、单架无人机日有效覆盖作业区域、单架次无人机有效覆盖作业半径、是否有固定起降条件，结合护林员巡护责任区划分，在无人机林草巡护作业专题底图上将巡护任务分割为多个无人机巡护单元；
再将无人机巡护单元网格化分割，每个任务格网满足无人机单日巡护、格网内管护责任区全覆盖的需要；
2）结合巡护作业单元内的通讯信号覆盖情况，通过漫游基站+中继站方式进行组网单元覆盖，建立无人机与地面控制站或指挥中心的数据传输链路；对跨巡护作业单元的信号传输则采用地面调度站实现信号接续传输；
所述漫游基站包括机载端和地面端，其中机载端装载于无人机上，地面端架设于巡护区域制高点位置；
所述漫游基站中机载端与地面端实时保持通信，支持单架或多架无人机在沿航线多点部署的地面端信号覆盖区域内，实现超视距飞行测控；
若漫游基站与现有运营商基站、或与有光缆区域较近时，通过部署光缆实现漫游基站与指挥中心间互联互通；若漫游基站在光缆不便部署区域，则采用无线桥接、级联或中继站转发方式实现漫游基站与指挥中心互联互通；
若在漫游基站与指挥中心无法直通区域，则增设微波汇聚设备进行一级或多级桥接转发，从而实现机载端、地面端与指挥中心和控制站点间的全系统互联互通，确保巡护区空地无线信号全覆盖；
所述的数据传输链路可在各地面端间实现零延时、零丢帧无缝切换，满足无人机飞行航拍影像和飞控数据通过地面网络，实时回传至指挥中心，并同时满足指挥中心对飞行器的实时遥控或指挥；
对于需要跨巡护作业单元实现连续巡护作业的，设立地面调度站进行信息汇总，实现漫游基站与指挥中心互联的信号接续传输；
3）无人机上还搭载有满足林草资源巡护、林草火灾预警和林草有害生物监测的多种信息传感器或相机，以采集林草资源信息、林草火灾信息、林草有害生物信息中的一种或几种；
4）根据巡护作业场景、巡护任务与目标区域，规划无人机巡护航线，并进行试飞、审核与发布；
所述规划无人机巡护航线，是根据包括林草资源保护、林草火灾预警、林草有害生物防治在内的巡护场景与目标区域，选择点状、蛇形、套耕、环形和/或条带类型相结合规划无人机巡护航线；
无人机进行林草巡护，按照规划的巡护航线巡护，并将巡护场景所采集的影像及数据实时传送；地面的指挥中心对回传的影像及数据进行处理形成巡护结果；
指挥中心对回传的数据进行的处理包括：
①对于林草资源巡护场景所采集的影像成果，先对影像进行包括几何校正、增强、裁剪、镶嵌和匀色在内的预处理，达到1A级数据产品级别；其次将预处理完的零散航片拼接成单幅正射影像图，最后将影像图切割成不同比例尺的瓦片地图并进行发布；
或者，以相同巡护网格化单元内的两期巡护影像为对象，利用图像插值、比值和植被指数法对像元信息进行比对分析，识别影像变化区域，发现破坏林草资源的违法线索；
②对于林草火灾预警巡护场景所采集的疑似火点、烟点数据，采用室内目视解译法，对其可能发生危害性质进行初步判定，再结合野外现地验证进行二次确认，通过变化检测分析对火灾发生范围进行评估；
③对于林草有害生物防治监测场景所采集到的疑似疫情信息，通过可见光、光谱纹理的对比识别，分析包括疫情类型、疫木位置、发生面积在内的信息；
5）根据巡护结果生成巡护档案，并对巡护任务进行考核和编写巡护总结。
2.如权利要求1所述的基于无人机的林草资源网格化巡护方法，其特征在于，所述建立无人机林草巡护作业专题底图，是基于巡护任务获取矢量化巡护界线数据、栅格化遥感影像或地形图数据，通过图层加载方式导入并展示；然后标注包括巡护区域、禁飞区域、海拔高程点在内的飞行任务所需信息，并标注包括重点巡护区域、对象目标、现有林草资源分布在内的巡护作业专题信息，建立无人机林草巡护作业专题底图。
3.如权利要求1所述的基于无人机的林草资源网格化巡护方法，其特征在于，所述无人机巡护单元的面积为50~100平方公里；
任务格网的面积为1×1平方公里。
4.如权利要求1所述的基于无人机的林草资源网格化巡护方法，其特征在于，所述无人机飞行航拍影像包括视频图像、火灾预警热点信息；所述飞控数据包括飞行姿态、任务航线；其中飞行姿态、任务航线信息为控制中心提供参考，火灾预警热点信息、视频图像为及时预警和处置提供参考，控制中心再将获得数据上传至服务器。
5.如权利要求1所述的基于无人机的林草资源网格化巡护方法，其特征在于，无人机巡护航线设置时参照正射影像采集的标准，航向重叠度不得少于53%，旁向重叠度不得少于15%；其中无人机巡护安全高度应距离地面100m以上，巡护速度不大于20m/s；无人机巡护航线中还设置起降点及备降点，巡护任务结束后，无人机按照指定返航点降落。
6.如权利要求1所述的基于无人机的林草资源网格化巡护方法，其特征在于，所述的巡护作业场景包括：
林草资源巡护场景：无人机搭载巡护载荷至少包括可见光相机、高音喇叭；对单个巡护网格区域每周无人机巡护架次不少于3次，每月航片影像数据至少全覆盖1次；
林草火灾巡护场景：无人机搭载巡护载荷包括可见光相机、热红外相机以及高音喇叭；巡护作业时覆盖域内林草可燃物或防火重点区域，巡护作业时能及时发现疑似火点、烟点情况，并将相关位置信息及时回传；
林草有害生物防治场景：无人机搭载巡护载荷包括适配可见光、多光谱的相机；巡护区域覆盖域内易发生病虫害的林木资源；所述相机的可见光可识别树木外表颜色非正常变化，相机的光谱反射率降低程度可反映病虫害发生的程度等级。
7.如权利要求1所述的基于无人机的林草资源网格化巡护方法，其特征在于，所述巡护档案包括：
①无人机设备及运维档案信息管理，包括设备编号、类型、型号、所属部门、检修与保险信息；
②无人机作业人员档案信息管理，包括无人机驾驶人员的飞行资质、驾龄、飞行记录、所属部门；
③无人机巡护作业任务及成果，包括无人机巡护作业记录、采集数据成果、发现疑似问题线索记录；
所述对巡护任务进行考核包括：
①无人机巡护出勤记录考核，包括按照不同巡护场景要求的最低巡护架次、巡护周期；对无人机月度、年度巡护出勤进行统计分析，出勤未达到最低次数的则被列为不合格；
②无人机巡护质量考核，按照无人机巡护的作业安全事故率、巡护面积覆盖率、巡护成果完整与规范、发现疑似问题错报与漏报率指标，对无人机巡护质量进行考核；
③无人机巡护管理与档案记录考核，对无人机日常保养运维、巡护日志记录、巡护成果归档率指标进行考核；
将以上考核指标按照权重进行打分，形成无人机巡护考核得分排名结果，并进行发布；
最后，按照年度形成无人机巡护作业总结报告。
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