无人驾驶飞行器(UAVS)——又名无人机——到处都是新闻。随着它们变得越来越轻、价格越来越便宜，它们的应用范围也越来越广。Brian Ritter是一名ISA认证的树艺师，注册林务员，现任克莱姆森大学森林资源博士候选人，研究了它们在城市森林清查中的应用，并在一篇题为“使用无人机(UAV)进行城市树木调查在他的研究中，布莱恩研究了无人机用于城市林业评估的范围，评估了其相对于传统库存技术的优势，并探索了直接应用。我跟布莱恩和他的导师克里斯托弗·波斯特博士谈过他们的研究。我们的谈话经过了编辑和浓缩。- lm

Leda Marritz [LM]:你研究了如何使用无人机来完成城市树木清单。你希望评估什么?

Brian Ritter [BR]:我的研究目标是开发一种方法，可以减少在整个景观中收集树木库存/指标所需的资源和时间。在城市森林中，资源通常是有限的，两者之间的树木库存通常有很长的时间间隔。无人机提供了一个测试其应用的机会，以开发一种方法来捕获树木库存和至少一个森林指标(树木高度)。其结果是，该方法减少了时间和人力，以获取研究边界的1级风险评估以及准确的树高估计。

典型树木目录的数据通常是如何收集的?

克里斯托弗·波斯特[CP]:对于一个典型的目录，你会访问每一棵树，要么使用带有数据收集器的GPS，要么用一张纸记录关于这棵树的所有信息。根据评估水平的不同，收集所需信息的时间少则3分钟，多则30分钟。我们的无人机(UAV)研究满足了1级树木风险评估的要求。

在地面上手工收集数据的最大挑战是什么?

BR:时间就是金钱，这是这种方法最大的缺点。有足够的人员来完成这项任务也是一个挑战。

行走、观察、记录以及将信息吸收到地图中都需要花费大量的时间。使用GPS可以减少花费的时间，但即使是这种方法也是不完美的，而且实际上会放大放置树木的错误，尤其是大型树木。

CP:即使是昂贵的GPS在大树冠或密度很大的区域下也可能不太好用。因此，这种方法可能仍然存在问题和相当多的错误。一个积极的方面是，如果工作由志愿者完成，GPS可以通过限制关键编码错误来提高数据收集的效率。

使用无人机进行城市树木调查有什么不同?

BR:与传统的库存方法相比，现代无人机系统提供了许多优势。时间可能是最大的不同;空中飞行要快得多。它需要比“脚踏实地”清单更少的人。无人机成本低，可提供高分辨率图像、当前信息、短周转处理、可重复性和易用性。

这能节省多少时间?

BR:可观。使用无人机，我们发现比传统库存节省了约29天的时间。当时只有两个人:我和另一个技术员。这意味着每棵树和整个评估区域都节省了巨大的成本。

我想无人机的方法是有挑战的。

CP:是的，其中之一就是你无法评估或看到航拍照片上看不到的树木，比如下层植被树木。你可能会错过建筑物阴影下的树木。你不会看到明显的损坏迹象，如腐烂。对于向下的无人机，这是我们使用的，主要是评估整体健康状况(如上图所示)和位置。

比:另一方面，通过高分辨率的无人机图像，你可以从空中看到从树下看不到的肢体死亡率。如果你只是走了一圈，你也可能会在一个树桩上挑出一棵死树。我在做研究的时候发现了一些在威胁一栋大楼。这是一个不常见的路径，并不是每天都能看到，所以它在地面库存中被忽略了，但它足够大，如果它失败了，它可能会影响到一个人或建筑物。

在进行研究时，你的无人机飞行了多少次?

BR:我们使用了专业级的、非常轻的固定翼无人机，这意味着更长的飞行时间。2013年7月至10月期间，我们飞行了19次，每次飞行时间为20至25分钟。

在每次飞行中，都收集了高分辨率的图像。它们有多详细?它们和航空摄影有什么不同?

BR:正射摄影是经过正射校正(与地面控制位置相连)的后处理图像，并拼接在一起，以产生跨越研究边界的无缝图像。位置精度高(< 6”)使用GPS地面控制定位图像对应的地面物体。使用真彩色无人机正射摄影，我们从典型高度90米采集了3466张分辨率为2.6-3.6 cm的彩色图像。

这是更高的分辨率，并提供更多的细节，比传统的航空图像。如果你看一张典型的航拍照片并开始放大，它会变得非常模糊。有了我们捕捉到的图像，当你放大时，它们不会变得模糊——相反，你会看到更多细节。

当我展示我们得到的图片时，我看到人们目瞪口呆，灯泡都亮了。他们会考虑各种可能的应用方法。

CP:人们喜欢他们的树木——这些美丽的图像为他们提供了另一种看待和认同城市森林的方式。这是一种参与的方法。为了获得资源来维持某事，你需要倡导者。

你在论文中写道:“无人机应用尚处于起步阶段。”无人机目前是如何使用的?

BR:目前它们的用途和范围都有限，主要用于短期、特定的评估飞行，而不是用于城市地区的定位和大规模数据收集。你可以在无人机上安装多种类型的传感器，让你可以捕捉所有类型的数据，并根据你想知道的情况在不同的应用中使用它们。

你认为无人机最直接的用途是什么?

比:我们正试图找到一种方法，让它在任何城市和城镇都有用。例如，一些城镇没有树艺师。如果您正在寻找一种减少时间和费用的方法，这可能是一个很好的解决方案，用于1级评估，以确定物种和位置。

在我的论文中，我仅通过航拍照片就能很好地预测高度，但这是我们目前正在研究的内容。我们还在研究直径和物种是否也可以远程检测。

对我们来说，主要的事情是找出一种高效、简单的方法来开发树木清单和提取其他来自远程收集数据的相关信息。

任何想要使用无人机绘制树木目录的人都可以这样做吗?

CP:现在，这不是任何人都能做到的。我们预计联邦航空局将很快发布轻型无人机规则；在它们变得更具商业可行性之前，这些规则需要到位。必须强调的是，我们最关心的是安全。城市无人机有巨大的潜力，但我们需要确保法规得到实施和遵守。一个不好的操作员就会毁了其他人的生活。话虽如此，在几年内，我完全希望无人机的使用能成为树木库存的一个常见部分。

有很多便宜的无人机，但你需要一个相对高端的商业应用，我们正在谈论的。我们使用SwingletCam模型进行研究。包括无人机，支架和相机，它有1磅多一点，这是相当令人难以置信的。他们减少的每一盎司都将为更多的城市应用开辟道路。

城市林业专业人员是否可以参加培训，以获得更多关于在工作中使用无人机的教育?

BR:目前还没有循序渐进的指南。它仍然需要一些专业知识、软件和培训。在我看来，训练驾驶飞行器本身并不是一个巨大的障碍，但树艺学知识和图像后处理是一个学习曲线。在精通之前还需要一些练习。现在已经有了一些图像处理平台，我们认为将会有更多基于云的在线处理平台提供给那些不想自己做的人。我不认为我们已经接近广泛采用无人机，但专业顾问肯定能够迅速取得进展。

CP:我们预计未来几年进入门槛将继续降低。随着新型号的小型化和轻量化的不断增加，我们将能够用更轻的无人机一次覆盖更多的区域。

无人机是每个城市树木盘点的好解决方案吗?

BR:我们的重点是较小的社区，而不是像亚特兰大或洛杉矶这样的大城市。这是因为现在你每次飞行只能覆盖100到150英亩;以这样的速度，一架无人机要花很长时间才能覆盖一个大城市。然而，由于库存通常被分解为组件区域，这可能不是一个障碍。如果你在亚特兰大有一个树艺师，一次只专注于一个区域，你就可以非常成功地飞行各个部分。

这种方法如何改变我们未来的树木清单?

CP:典型的足部盘点可能每10年或更长时间进行一次。无人机产生影响的最大方式之一是保持信息更新。使用无人机，您可以在同一年(或任何时间段)内进行重复，因此库存不需要在如此长的时间内成为静态快照。

这是一个非常有价值的优势，能够通过位置来跟踪树木的视觉历史记录。无人机为我们提供了一种经济可行的方法来检测和跟踪城市森林随时间的变化。

无人机用于城市树木清查如何有助于影响管理决策、政策和预算?

比:有这么多方法!许多城镇都有林冠覆盖标准;无人机可以让你飞到一个区域，并迅速得出一个林冠覆盖百分比，以跟踪你是否维持和遵守这一政策。

收集到的所有信息都可以提供给管理人员，以决定如何优先分配资源。这在树木栽培中尤其重要，因为资源是有限的，要尽可能有效地利用它们有很大的压力。无人机数据还可以突出你所在的问题区域缺乏资源和提供理由额外的预算，更多的船员等。利用这些信息，各级决策都能得到改善。

2级和3级树木风险评估仍然需要实地走访树木，但无人机收集的数据可以帮助城市更聪明地将精力集中在最需要关注的地区。在开始这项研究之前，我没有意识到我们可以用鸟瞰图很好地了解树木的死亡率，即使是在密集的环境中。从中我们可以推断出它是由疾病还是昆虫引起的，所以它帮助我们优先考虑需要派人去哪里进行维护和工作。

我在我的论文中写了一些关于这些好处的文章;下面的表格总结了这些观点:

对于那些正在规划他们的下一个城市树木清单的人来说，总结的想法是什么?

BR:城市森林管理必须从树木清查开始。它们是制定计划的重要组成部分。但它们只代表了数据收集时的情况，树木是在生长的，随着时间的推移会发生变化。城市森林工业的任何有效办法都需要反映这一点。

在某种程度上，我们可以在桌子后面管理森林，但这项技术让我们看到我们所看到的东西不能使用传统的方法，给我们提供信息，让我们成为更好的管理者，我们以前没有的可重复性，让我们以一种有意义的方式存档所有的信息。这种长期的文档可以不断地绑定到i-Tree这样的软件中，以捕捉这些树木的价值——向社区展示它们的环境效益。

谢谢，布莱恩和克里斯!