我国林业有害生物航空遥感监测与防治技术的建议

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我国林业有害生物航空遥感监测与防治技术的

建议

　　摘要：本文分析了我国林业有害生物航空遥感监测与防治技术的发展现状、优势及存在的

主要问题，适应国内外发展趋势，提出了适合我国林业有害生物航空监测和防治相关技术标准

和市场化管理规范建议，为确保生产实践中监测和防治林业有害生物达到预期效果提供参考。

关键词：林业有害生物; 航空监测; 航空防治; 问题; 技术标准;

Consideration of aviation monitoring and control technology on forestry pests

TIAN Chengming Yu Dimei

Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education College of

Forestry,Beijing Forestry University

Abstract：

Development status, advantages and existing problems of aviation monitoring and control technology

on forestry pests were analyzed in this study. Adapting to the development trend in China and abroad,

suggestions about technical standards and market management norms for aviation monitoring and

control technology were proposed. These proposals provided a reference for improving and

standardizing the monitoring and control of forestry pests to intended effect in application.

Keyword：

forestry pests; aviation monitoring; control; existing problems; technical standards;

“ ”林业有害生物造成的危害被称为无烟的森林火灾。进入 20 世纪 90 年代以来，林业有害生物

给我国的林业生产和生态环境建设带来了巨大影响[1]。因此，如何及时有效监测和防治林业有

害生物是一项持久的重要课题。国外对于林业有害生物的航空监测最早始于 20 世纪 30 年代对

铁杉尺蠖落叶林的航摄观察，而对林业有害生物的航空防治则最早由德国提出[2,3]。随着遥感

图像空间分辨率的提高，陆地系列卫星和航空录像逐渐应用于有害生物灾害监测。1982 年，日

本开始研究应用美国资源卫星调查林业有害生物[4]。1986 年，美国林务局首先研制并应用航

空摄录图像获取系统与实验室图像处理系统相结合对突发性林业有害生物进行监测[5]。尽管人

们认识到航空监测设备的简便适用、后处理简单快速以及精度适中等优势，但直到 1991 年才

较为成功地大面积应用。我国 1952 年开始利用飞机进行林区巡逻、火情监测等航空护林措施

[6]，后逐渐开展在林区照相、资源勘探、森林病虫害防治及野生动物保护等方面应用。原林业

部林业调查规划院和中国科学院戴昌达等分别于 1978 年和 1990 年监测了云南腾冲地区 2000 多

hm2 松叶蜂危害区域的健康木、虫害木以及松毛虫为害的光谱，并发展了一套提取病虫害信息

的图像处理技术[7,8] “ ”。八五后期，中国林业科学研究院等单位根据我国国情和林区特点，在

引进、消化吸收美国航空监测设备的基础上，研制的航空录像监测技术在 1997 年通过了原林

业部科技司的鉴定，能够准确判读失叶率 40%以上的灾害区，实现灾害区定位[9]，标志着我国

林业有害生物监测技术进入了一个新的阶段。

20 世纪 50 年代以后，施药专用的农业航空机被相继开发出来，直升机也被用于航空植

保。1966 年，美国成立了国家农业航空协会，承担了美国近20%的农场植保与 100%的森林植

保工作。美国农业航空以固定翼飞机为主，约占 87%，旋翼飞机约为13%[10]。我国航空施药

起步于20 世纪 50 “年代初，以 Y-5B(D)” “、Y-ll”等型号的载人固定翼飞机为主，并在很长一段

时间内占据主要地位[11]。仅农林航空防治使用的固定翼飞机现已拥有1 400 架，直升机60 余

架，防治农林业病虫草害和施肥的面积达到 200 多万hm2，并且有进一步上升的趋势[12]。

“利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置，或用车载计算机自主操纵的不载人飞机，即无

”人机，与载人飞机相比，具有体积小、造价低、使用方便、对作业环境要求低、可搭载普通

数码相机、热红外相机等勘测设备的诸多优势[13]，在航拍、植保、野生动物观察、测绘等多

方面发挥着重要作用。从世界范围看，日本是最先应用植保无人机的国家，也是目前该领域最

发达的国家之一[14]。Yamaha 公司在1985 “年最先推出主要用于航空施药的第一架农用R-

50”型无人机。至2005 年，用于林业的无人机仅Yamaha 公司的Rmax 系列就有1 200 多架，防

治面积增至 60 万hm2，甚至超过有人驾驶直升机的防治面积[15]。1995 年，北京科源轻型飞机

“实业有限公司开发的蓝鹰 AD200N”开始用于农田、林区的病虫害防治以及卫生防疫等。此后

“中国林业科学研究院在海燕 650B”型无人机上融合了超低容量喷洒装置和GPS 导航系统，并

在广西武鸣林区进行病虫害的防治试验研究。

以遥感技术为基础的林业有害生物航空监测及航空防治，能够及时发现早期灾害，并迅速采取

相应措施，有效控制林业有害生物扩散和蔓延。一般来说，有害生物灾害监测包括 3方面：一

是在有害生物灾害发生前，对发生的环境进行监测，掌握可能孕育有害生物发生的森林环境；

二是在有害生物灾害发生过程中，及时监测发生的空间范围；三是在有害生物灾害发生之后，

了解灾情和损失，及时制定防治计划进行防治，并及时了解防治效果[16]。森林被害程度、有

害生物迁移规律、有害生物灾害预测预报以及有害生物防治效果是目前有害生物监测和防治的

主要工作内容[17]。

　　 1　林业有害生物航空监测与防治的优势

第八次全国森林资源清查结果显示，目前我国森林面积 2.08 亿hm2，森林覆盖率21.63%，森

林资源呈现数量和质量持续上升的状态。由于我国林业用地广阔，山区地形复杂，生产周期

长，所涉及的森林系统结构复杂等原因，依靠固定监测点、临时踏查等传统人工采集数据的方

式进行林业有害生物监测，不仅工作量大，效率低，且采用传统方法制定管理决策，缺乏直观

性和决策过程的可视化，给经营管理带来诸多困难，有害生物监测的覆盖面和准确性都面临巨

大的挑战，特别是山高坡陡地区易存在监测盲区。因此，林业有害生物发生特点和林区环境特

征决定了航空防治技术手段是快速、精准实现有害生物有效防控的主要途径，而航空遥感技术

已成为监测成片或单株立木危害状况的主要技术手段。同时，利用小型化无人机作为监测载体

的方法也逐渐取得了学者们的广泛关注[18,19]。

1.1 航空遥感监测的优势

1.1.1 能够有效反映植物的一些体征变化

林业有害生物导致的叶量损失、缺绿、水分胁迫等现象是影响森林生态系统安全的一个重要因

子，对受害森林群落光谱变化的监测是林业有害生物遥感监测的主要依据。不同植物种类、生

长阶段、养分状况和所处地形等在叶绿素吸收带与近红外区波段的反射值的光谱曲线总体上特

征保持一致[20]。植物遭受病虫害侵袭后，叶片的变色或缺失从而引起的林木、林冠、生物量

甚至整个森林生态系统与景观格局的变化，导致近红外与绿光区反射率的降低和红光区反射率

的升高，从而以光谱的变化监测林业有害生物灾害。结合航空平台与遥感、红外探测等技术对

林区有害生物灾害进行观察，及时获取遥感数据，了解有害生物发生的动态变化，找到有害生

物发生的规律，整合分析并预测有害生物流行、蔓延与扩散趋势，建立有害生物发生模型，得

出更长期且更有科学性的林业有害生物预测结果。

1.1.2 能够及时全面掌握林业有害生物发生发展动态

林业有害生物多发生在人烟稀少、交通不便的林区，由于常规地面调查监测方法很难迅速、全

面、客观地反映有害生物的发生发展动态，从而不能及时地、有针对性地采取防治措施。航空

监测能够发挥宏观、综合、动态、快速等特点，在林业有害生物的早期发现、林木状态的异常

诊断、发生区域以及分布格局等方面具有监测面积大、监测周期短、获取的信息不受干扰等优

势。

1.1.3 能够节省大量人力财力物力

航空遥感监测具有效率高、时效性强、分辨率高等优点，可以对某一区域进行长时间、高密度

的动态监测，不仅节省大量人力、物力和时间，也能减少调查中人为因素造成的误差。同时，

航空遥感监测可以不受大气和地物辐射反射影响，能够按照实际防治作业的要求选择航拍时

间，避免由于作业地区地形和光照产生的阴影，有效区分乔木和林下植被的被害特征。同时，

可以实时监测受灾区域林业有害生物的发生面积、危害程度，评估核查防治后的效果。

1.2 航空防治的优势

1.2.1 能够极大提高防治效率

林业有害生物与农田生态系统的有害生物相比，在发生特点、防治策略等方面具有其自身的特

殊性，无论是航空防治的区域、对象，还是防治技术本身，都有别于农业航空防治。我国森林

类型多样，林地地形地貌复杂，林区道路不通畅，树体高大，不仅普通喷雾设备难以喷到树木

的冠层，而且一些山区取水困难，难以开展常规喷雾作业。航空防治可以根据监测数据，进行

定向喷洒，尤其是在飞行过程中，机旋翼产生的下旋气流使得药滴能够更好地穿透森林层次，

提高了药物喷洒的效率，作业成本低，节省药剂，并减少了药物与工作人员的接触，更好地保

证了工作人员的安全，保护生态环境。近年来，航空施药对林业有害生物防治的应用越来越广

泛[21,22]。

1.2.2 能够有效降低防治成本

使用航空防治进行施药，防治过程中的农药利用率较高，可实现对靶标区域的无缝覆盖。根据

有害生物发生情况，通过智能装备控制细小雾滴的漂移，提高药剂在靶标作物上的沉积，减少

药剂流失，实现精准施药、减量施药。同时，航空防治也具有作业面积大，速度快，机动性

好，可有效、快速除治有害生物等优势。

　　 2　林业有害生物航空遥感监测与防治存在的主要问题

利用遥感技术监测有害生物的研究及应用逐步普及，但由于林业有害生物的复杂性和遥感技术

的待完善性，林业有害生物航空监测和防治仍存在诸多问题。

2.1 航空遥感监测存在的问题

2.1.1 图像采集与分析系统仍不成熟

①在数据源的选择方面，高精确度、高光谱、高分辨率遥感是林业有害生物监测的有效手段，

但是由于其成本太高，航空监测系统获取的影像只能输出红、绿、蓝三个波段的可见光；不同

航线及不同时间获取的图像由于太阳角的变换使之图像存在较为明显的明暗差异[23]，导致自

动判别和分类方面缺陷较大。②在数据的处理和辅助信息的利用方面，为了提高遥感监测的精

度并突出和增强灾害信息，需利用地面的各种资料、数据、图形建立相应的背景信息数据库，

对遥感数据作辐射校正来消除部分大气和地物反射的影响，结合多源遥感数据和不同受害阶段

的生物理化指标分析整个树木和冠层的结构特征。对于如何抑制噪声、识别和剔除林下植被或

其它环境因素、太阳高度角及地形信息的影响、突出森林灾害信息，如何选择适合的图像增

强、变换及分类方法，如何将地面调查的光谱数据与影像数据有效地结合起来都缺乏成熟的技

术支撑。另外，时间序列、小波理论、模糊数学等数学方法有效融入到林业有害生物的监测技

术中还不够。

2.2 航空防治存在的主要问题

2.2.1 航空施药安全水平有待提高

航空施药需注意保护环境中生物多样性，在飞防作业设计，尤其是航线设计中缺少提前做好避

让敏感作物及生物的方案，导致在防治过程中，虽然根据监测数据及时进行施药防治，也选择

了如灭幼脲、除虫脲、氟铃脲等低毒、持效期较长、渗透性较强、对人畜无害、环境友好的仿

生制剂，并注意不同药剂的轮换使用以防增加有害生物的抗药性，但依然发生很多与防治有关

的药害事件。究其原因主要是飞机开展超低容量喷雾时，缺少风险评估，尤其是一些首次使用

的药剂，缺少预实验，从而不可避免的造成环境影响。同时缺少免蒸发、少飘逸的飞防专用助

剂，导致液体肥料、矿物油、非离子表面活性剂等助剂诱发的次生灾害现象频发。

2.2.2 药剂使用计量不精准、安全性差

在短时间内人工完成配置够一架次使用的药液，药水混合过程中的搅拌不够充分，导致进入飞

机储药箱的药液浓度不均一，达不到要求的悬浊度。再加上飞防作业的药液配比不精准，不同

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我国林业有害生物航空遥感监测与防治技术的建议　　摘要：本文分析了我国林业有害生物航空遥感监测与防治技术的发展现状、优势及存在的主要问题，适应国内外发展趋势，提出了适合我国林业有害生物航空监测和防治相关技术标准和市场化管理规范建议，为确保生产实践中监测和防治林业有害生物达到预期效果提供参考。关键词：林业有害生物;航空监测;航空防治;问题;技术标准;ConsiderationofaviationmonitoringandcontroltechnologyonforestrypestsTIANChengmingYuDimeiKeyLaboratoryforSilvicultureandConserv...

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