淺議無人機在森林航空消防中的應(yīng)用

郭少東

（河南省森林航空消防站河南鄭州450003）

摘要：隨 著生態(tài)文明建設(shè)的快速發(fā)展，森林防火越來越受到人們的重視。森林航空消防的優(yōu)勢越來越明顯，引用無人機參與森林航空消防必能使森林航空消防的空中優(yōu)勢得以 充分發(fā)揮。無人機系統(tǒng)相對于有人機來講，具有機動快速、使用成本低、維護操作簡單等技術(shù)特點，它可以彌補現(xiàn)階段我國森林航空消防有人機的許多不足，并通過 搭載不同的任務(wù)載荷可以在林區(qū)巡護、衛(wèi)星熱點偵察、火場偵察等方面發(fā)揮監(jiān)測功能，使有人機盡可能多的應(yīng)用在直接撲火中，進而使森林航空消防的優(yōu)勢得以充分 發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：無人機；森林航空消防；林區(qū)巡護；火場偵察

林 業(yè)是生態(tài)省建設(shè)的主體，在保持經(jīng)濟和社會發(fā)展中有著不可或缺的作用。隨著全生態(tài)文明的迅速發(fā)展，每年新造林地也快速增加，森林防火任務(wù)日益繁重，壓力越來 越大。同時為撲救森林火災(zāi)也耗費了大量的人力、物力和財力，森林火災(zāi)對森林資源和生態(tài)環(huán)境的破壞所造成的損失難以估量。我國每年對森林防火的投入逐步加 大，不斷引進新技術(shù)、新設(shè)備，而且有不少省份較早的開展了森林航空消防業(yè)務(wù)。經(jīng)過多年努力，森林航空消防“不可替代”的 優(yōu)勢也越來越突出，作用也越來越明顯，為森林防火事業(yè)開創(chuàng)了新的局面。但是，在防火期內(nèi)，部署在各個省份的森林航空飛機數(shù)量太少，航期時間太短，再加上有 些省份移動航站還未配置，飛行成本又高，森林航空消防的優(yōu)勢不能得到充分發(fā)揮。如何在現(xiàn)階段條件下，引用新技術(shù)參與森林航空消防監(jiān)測偵察，就成為森林航空 消防發(fā)展的一個重要課題。目前，我國無人機技術(shù)在通用航空方面的發(fā)展處于起始階段，但也有許多省份大膽的利用這項新技術(shù)參與了森林防火，并取得成功。因 此，引用無人機在森林航空消防中應(yīng)用是非常有意義的。

1 無人機概述

無 人機是一種具有優(yōu)良性能的空中平臺，采用智能化系統(tǒng)，具有自動起飛、任務(wù)規(guī)劃、航線飛行、定點偵察、區(qū)域偵察、自動降落等功能。它可以用最短的時間，最大 限度地接近火災(zāi)現(xiàn)場，提供最直接、最真實的第一手資料，即將火災(zāi)現(xiàn)場的實景畫面、各種數(shù)據(jù)，通過機載任務(wù)設(shè)備（光學(xué)、紅外等偵察設(shè)備）適時地傳回應(yīng)急指揮 中心，為指揮、決策提供實時信息，真正做到第一時間、第一現(xiàn)場。

無人機系統(tǒng)有飛行器平臺、飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)、測控鏈路系統(tǒng)、便攜式地面站系統(tǒng)以及地面指揮與測控車、維護系統(tǒng)組成。在森林航空消防上的應(yīng)用主要有以下兩個方面：

1.1 林區(qū)巡護、衛(wèi)星熱點偵察

無人機系統(tǒng)根據(jù)航路規(guī)劃或地面指令，控制無人機按照預(yù)設(shè)的航路飛行，同時使用機載可見光攝像機和紅外熱像儀，對所要監(jiān)控的林區(qū)作大面積的掃描、錄像、拍照及巡查，實時獲取重點區(qū)域的圖像信息并傳回地面控制站。

1.2 火場偵察

無人機搭載任務(wù)載荷在執(zhí)行火場偵查任務(wù)時，安裝彩色CCD任 務(wù)載荷可獲取火災(zāi)損毀評估實時圖像，可對重點區(qū)域獲取非常詳細(xì)的圖像數(shù)據(jù)，對于可疑點或區(qū)域，地面人員通過遙控指令可改變無人機飛行航線及飛行高度進行詳 查。詳查圖像通過無線電路傳回地面，第一時間提供火場地理坐標(biāo)（經(jīng)、緯度）、過火面積、火場蔓延趨勢等火場態(tài)勢信息。無人機配備紅外探測任務(wù)設(shè)備，在過火 地區(qū)進行紅外探測，紅外探測設(shè)備可穿透煙霧敏感到地表的溫度情況，獲取火場區(qū)域完整的地面溫度分布狀態(tài)圖像，可使指揮部及時了解滅火效果，及時調(diào)配地面人 員對火場區(qū)域進行撲救。

2 無人機在森林航空消防應(yīng)用上的優(yōu)勢

森林航空消防是森林防火的尖兵, 是世界先進國家森林防火的主要手段，在森林防火中的作用愈來愈突出，地位越來越穩(wěn)固，森林防火越來越離不開森林航空消防。但是目前制約森林航空消防發(fā)展的，還有很多因素。

2.1 彌補有人機數(shù)量少、機種單一的問題

受 我國通用航空發(fā)展技術(shù)的影響，我國通用航空飛機數(shù)量較少，用在森林防火的飛機少之又少，并且受國家統(tǒng)一調(diào)配。往往一架直升機要承擔(dān)林區(qū)巡護、火場偵察、兵 力運送、領(lǐng)導(dǎo)巡視、防火宣傳、吊桶滅火等多種任務(wù)?；馂?zāi)的前期發(fā)現(xiàn)和火災(zāi)撲救不能同時兼顧。如果能利用無人機技術(shù)對林區(qū)進行巡護監(jiān)測，使有人機更多地應(yīng)用 在火場撲救上，這樣森林航空消防的優(yōu)勢會將更全面的發(fā)揮。

2.2 彌補有人機撲火綜合效益問題

由 于受有人機數(shù)量和油量得影響，有人機真正在火場上空作業(yè)時間較短，火場前線指揮部很少能獲得有人機空中灑水實時圖像，影響了火場前線指揮部對火場的判斷、 吊桶滅火時的實施指揮、地空配合等撲火效益。利用無人機參與火場撲救，可以將火場實時圖像傳到火場前線指揮部，指揮部可以根據(jù)火場情況現(xiàn)場指揮飛機撲火， 并且可以指揮地面撲火力量配合空中撲救，使森林航空消防空中優(yōu)勢得到充分發(fā)揮。

2.3 彌補森林航空消防航期較短的問題

以河南省為例，航期一般在11月份到來年的3月中旬，而河南省的火災(zāi)高發(fā)期從3月初開始到4月 底結(jié)束，往往在河南省森林火災(zāi)高發(fā)期，直升機已經(jīng)被調(diào)走，嚴(yán)重制約著森林航空消防優(yōu)勢的充分發(fā)揮。特別是近幾年，夏季森林防火工作也受到各級政府的重視， 因此，利用無人在重點林區(qū)或風(fēng)景區(qū)進行巡護和監(jiān)測，可以彌補航期較短的問題，并且也可以使有些省份在夏季繼續(xù)開展森林航空消防。

3 無人機在森林航空消防應(yīng)用分析

無 人機系統(tǒng)本身就具有機動快速、使用成本低、維護操作簡單等技術(shù)特點，通過搭載不同的任務(wù)載荷可以達到與有人機相同的監(jiān)測功能，而且沒有人員安全方面的風(fēng) 險，并且對起降場地和氣象條件要求低，可在低能見度（如煙霧、夜晚等）情況下執(zhí)行任務(wù)，特別是可以深入重度危險區(qū)，無需人工參與，確保人員安全。

無 人機分為固定翼和旋翼兩種類型。固定翼型無人機機動靈活、外場展開迅速，操作使用簡便，自成體系執(zhí)行巡護、監(jiān)測、定位等任務(wù)，其中的長航時無人機，具有超 長續(xù)航能力，可對指定區(qū)域?qū)嵤┎婚g斷覆蓋巡護或衛(wèi)星熱點偵察。旋翼型無人機（無人直升機）可以垂直起降、空中懸停、原地轉(zhuǎn)彎、側(cè)飛、倒飛，其性能可靠、結(jié) 構(gòu)緊湊、便于攜帶、使用成本低、維護便利，操作人員經(jīng)過培訓(xùn)即可以靈活操控直升機飛行。

森林航空消防對無人機的需求主要集中在林區(qū)巡護（衛(wèi)星熱點偵察）和火場偵察上。林區(qū)巡護或熱點偵察主要要求飛機有較長時間的續(xù)航能力，和較快的巡航速度，在這方面固定翼無人機有較大的優(yōu)勢?；饒鰝刹熘饕菍饒鲞M行靈活、方便的監(jiān)測，在這方面直升機比較有優(yōu)勢。

3.1 固定翼無人機在林區(qū)巡護或衛(wèi)星熱點偵察上的應(yīng)用

固定翼無人機可以在目前有人機數(shù)量較少的情況下，參與林區(qū)巡護或熱點偵察。它可以按照預(yù)設(shè)的航線飛行，同時使用任務(wù)載荷對林區(qū)作大面積的掃描、錄像、拍照，可以將重點區(qū)域的圖像信息傳回地面，由地面?zhèn)骰刂笓]部。受目前我國無人機技術(shù)影響，市場上的無人機控制半徑最大在150Km內(nèi)，雖然無人機理論上可以按照有人機一樣飛大航線，但超出控制半徑范圍，飛機完全是自主飛行，完全不可控，不可控因素太多。

因 此，在控制半徑以內(nèi)，派出固定翼無人機對某一區(qū)域進行長時間的巡查或熱點偵察是其優(yōu)勢。加上無人機在飛行時成本低，特別是在某一地區(qū)出現(xiàn)高森林火險等級 時，派出無人機對此地區(qū)進行連續(xù)的、不間斷的巡查，對火情進行早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)報，變有災(zāi)為無災(zāi)、變大災(zāi)為小災(zāi)，更是有人機不可比擬的。

3.2 旋翼無人機在火場偵察方面上的應(yīng)用

森 林航空消防有人機，在對火場進行偵察或撲救時，飛機空中作業(yè)有效時間短，優(yōu)勢不能充分發(fā)揮。而利用旋翼無人機（直升機）在有人機撲救火場時，承擔(dān)火場偵察 任務(wù)，不僅能增加有人機直接撲火時間，使有人機空中撲火能力得以充分發(fā)揮。而且還可以把火場適時圖像傳至指揮部，使指揮部全方位了解火場蔓延和撲救情況， 從而及時調(diào)配兵力和指揮飛機進行撲救，真正實現(xiàn)地空配合。

火災(zāi)撲滅后，在留守?fù)浠痍爢T清理火場，防止復(fù)燃的情況下，無人機可以搭載紅外探測任務(wù)載荷，對火燒跡地進行紅外探測，獲取火場內(nèi)完整的地面溫度分布狀態(tài)圖像，從而及時發(fā)現(xiàn)存在暗火，使指揮部能及時調(diào)配撲火隊員清理暗火，保證撲火隊員的生命安全，有效防止火災(zāi)復(fù)燃。

3.3 無人機實際配置分析

一般無人機系統(tǒng)實現(xiàn)基本的應(yīng)用任務(wù)、日常維護及維修，標(biāo)準(zhǔn)機組至少需要設(shè)置3個崗位，分別是飛行指揮員、飛行操作員、地勤人員。如果野外起降條件較復(fù)雜，特別是固定翼無人機還應(yīng)在專門的車輛上安裝彈射裝置，以便安全、快速起飛。無人機操作人員還應(yīng)接受專門飛行操作培訓(xùn)，包括基本的飛行原理、系統(tǒng)通曉、操作員維修、模擬操作等。

3.4 無人機空中管制情況分析

無 人機小巧，也是一種飛行器，在空中飛行也需要報空管部門審批。但是無人機更多的是在某一獨立區(qū)域低空活動，因此需向空管部門申請區(qū)域飛行。特別是火災(zāi)撲救 時，由于無人機和有人機都在同一獨立空域進行低空作業(yè)，為保證安全應(yīng)成立專門的指揮小組，對無人機、有人機進行統(tǒng)一指揮。

4 小結(jié)

綜 上所述，無人機系統(tǒng)具有機動快速、使用成本低、維護操作簡單的技術(shù)特點。利用固定翼無人機續(xù)航時間長、使用成本低的優(yōu)勢，對某一林區(qū)進行巡護或衛(wèi)星熱點偵 察，能大大提高防撲火能力；利用旋翼無人機飛行方式靈活、飛行氣象條件要求不高的優(yōu)勢進行火場偵察，和有人機進行配合進行火場撲救，能大大提高地面指揮部 的指揮效率和有人機吊桶灑水的效益。因此，利用無人機參與森林航空消防監(jiān)測偵察，是可行的，隨著無人機技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機必將會在森林航空消防工作中 扮演重要角色。

(森林防火專業(yè)委員會辦公室刊發(fā)此文)

參考文獻

[1]李春錦，文涇，《無人機系統(tǒng)的運行管理》，北京航空航天大學(xué)，2011-05-01