成 果 简 介

应用场景

本技术应用案例具有一定的普适性，能够在温度不低于-25℃、风力不高于9.5m/s情况下，完成各类森林资源监测任务，目前主要应用于黑龙江省森工林区的森林巡检、林业稽查以及物种信息采集等工作。

主要解决的问题

无人机难以进行长时间持续飞行，严重依赖电力补给，无法深入森林腹地进行高频次的自动化作业。为解决该问题，本技术应用案例通过在林区设置基于风-光-储的孤岛型微电网，为无人机及其辅助设备供电，使无人机摆脱对大电网的依赖，提高巡检频次和作业效率，从而为森林资源监测提供更好的技术支撑和研究平台。

技术要点

（1）基站各主要构成单元的等值建模问题

首先，研究基站中风、光、荷单元的运行机理，并结合森林区域风、光出力及辅助设备耗电（防火、动物驱离设备等）的采样数据，为其建立通用性的电源、负荷等值模型；其次，研究电池储能的充、放电特性，分析充放、电循环计数方法，建立电池储能容量退化模型，并对比普通充电、无线充电和换电模式的一次性投入和全生命周期成。

（2）基站的选址定容问题研究

首先，研究基站的选址定容问题，以混合整数规划形式建立规划模型；其次，拓展上述模型，追加考虑风、光出力等不确定性因素，建立考虑不确定性的选址定容规划模型，并开发求解策略；最后，通过测试系统的仿真算例讨论所提出方法的有效性，重点通过敏感度测试，观察基站的选址与容量配置规律。

（3）基站的优化运行问题研究

首先，分别构建基站中风-光-储型孤岛微电网调度模型和无人机路径优化调度模型，在此基础上，研究两者的耦合方法，进而构建多时间尺度下基站的优化运行调度模型；其次，拓展所建立模型，研究不确定条件下的协调调度问题；再次，为满足运行调度的时效要求，开发能够快速求解的启发式求解方法；最后，结合具体林区数据，通过仿真测试系统讨论所提出方法的有效性。

应用成效

采用基于风-光-储-无人机的森林资源监测基站，无人机能够进行全自动化电能补充，一个检修周期内，无人机可在连续数周无人工介入的情况下，平均每日执行巡检任务7-10次，覆盖周边2.5公里范围，采集照片5000余张，切实提高了巡检效率、降低了巡检成本，对于提升森林资源管理水平具有重要意义。

目前，该技术应用案例已用于支撑《野生动物遗传资源收集保存与挖掘的关键技术研究》（东北经济全面振兴科技专题）等科研项目与实践，预期能够在多行业领域取得应用成效。

适用范围

黑龙江省森林面积居于全国第二，一直承担着巨大的森林资源监测压力。在国家大力推进“双碳”工作的背景下，建设投入更为智能、高效的森林资源监测基础设施，具有重要意义。本案例通过对可再生电源、无人机等技术的有机组合和灵活运用，开发新型森林资源监测基站，在森林防火、森林碳汇监测、物种大数据采集等方面具备较为广阔的应用前景，并且能够为农、牧业相关研究与技术实践提供参考。

联 系 人：孟庆焕

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