淺議無(wú)人機(jī)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(lái)越受到人們的重視。森林航空消防的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，引用無(wú)人機(jī)參與森林航空消防必能使森林航空消防的空中優(yōu)勢(shì)得以 充分發(fā)揮。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)相對(duì)于有人機(jī)來(lái)講，具有機(jī)動(dòng)快速、使用成本低、維護(hù)操作簡(jiǎn)單等技術(shù)特點(diǎn)，它可以彌補(bǔ)現(xiàn)階段我國(guó)森林航空消防有人機(jī)的許多不足，并通過(guò) 搭載不同的任務(wù)載荷可以在林區(qū)巡護(hù)、衛(wèi)星熱點(diǎn)偵察、火場(chǎng)偵察等方面發(fā)揮監(jiān)測(cè)功能，使有人機(jī)盡可能多的應(yīng)用在直接撲火中，進(jìn)而使森林航空消防的優(yōu)勢(shì)得以充分 發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；森林航空消防；林區(qū)巡護(hù)；火場(chǎng)偵察

林 業(yè)是生態(tài)省建設(shè)的主體，在保持經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(lái) 越大。同時(shí)為撲救森林火災(zāi)也耗費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力，森林火災(zāi)對(duì)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(guó)每年對(duì)森林防火的投入逐步加 大，不斷引進(jìn)新技術(shù)、新設(shè)備，而且有不少省份較早的開(kāi)展了森林航空消防業(yè)務(wù)。經(jīng)過(guò)多年努力，森林航空消防“不可替代”的 優(yōu)勢(shì)也越來(lái)越突出，作用也越來(lái)越明顯，為森林防火事業(yè)開(kāi)創(chuàng)了新的局面。但是，在防火期內(nèi)，部署在各個(gè)省份的森林航空飛機(jī)數(shù)量太少，航期時(shí)間太短，再加上有 些省份移動(dòng)航站還未配置，飛行成本又高，森林航空消防的優(yōu)勢(shì)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(cè)偵察，就成為森林航空 消防發(fā)展的一個(gè)重要課題。目前，我國(guó)無(wú)人機(jī)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(xiàng)新技術(shù)參與了森林防火，并取得成功。因 此，引用無(wú)人機(jī)在森林航空消防中應(yīng)用是非常有意義的。

1 無(wú)人機(jī)概述

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

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

1.1 林區(qū)巡護(hù)、衛(wèi)星熱點(diǎn)偵察

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)根據(jù)航路規(guī)劃或地面指令，控制無(wú)人機(jī)按照預(yù)設(shè)的航路飛行，同時(shí)使用機(jī)載可見(jiàn)光攝像機(jī)和紅外熱像儀，對(duì)所要監(jiān)控的林區(qū)作大面積的掃描、錄像、拍照及巡查，實(shí)時(shí)獲取重點(diǎn)區(qū)域的圖像信息并傳回地面控制站。

1.2 火場(chǎng)偵察

無(wú)人機(jī)搭載任務(wù)載荷在執(zhí)行火場(chǎng)偵查任務(wù)時(shí)，安裝彩色CCD任 務(wù)載荷可獲取火災(zāi)損毀評(píng)估實(shí)時(shí)圖像，可對(duì)重點(diǎn)區(qū)域獲取非常詳細(xì)的圖像數(shù)據(jù)，對(duì)于可疑點(diǎn)或區(qū)域，地面人員通過(guò)遙控指令可改變無(wú)人機(jī)飛行航線(xiàn)及飛行高度進(jìn)行詳 查。詳查圖像通過(guò)無(wú)線(xiàn)電路傳回地面，第一時(shí)間提供火場(chǎng)地理坐標(biāo)（經(jīng)、緯度）、過(guò)火面積、火場(chǎng)蔓延趨勢(shì)等火場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息。無(wú)人機(jī)配備紅外探測(cè)任務(wù)設(shè)備，在過(guò)火 地區(qū)進(jìn)行紅外探測(cè)，紅外探測(cè)設(shè)備可穿透煙霧敏感到地表的溫度情況，獲取火場(chǎng)區(qū)域完整的地面溫度分布狀態(tài)圖像，可使指揮部及時(shí)了解滅火效果，及時(shí)調(diào)配地面人 員對(duì)火場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行撲救。

2 無(wú)人機(jī)在森林航空消防應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)

森林航空消防是森林防火的尖兵, 是世界先進(jìn)國(guó)家森林防火的主要手段，在森林防火中的作用愈來(lái)愈突出，地位越來(lái)越穩(wěn)固，森林防火越來(lái)越離不開(kāi)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(bǔ)有人機(jī)數(shù)量少、機(jī)種單一的問(wèn)題

受 我國(guó)通用航空發(fā)展技術(shù)的影響，我國(guó)通用航空飛機(jī)數(shù)量較少，用在森林防火的飛機(jī)少之又少，并且受?chē)?guó)家統(tǒng)一調(diào)配。往往一架直升機(jī)要承擔(dān)林區(qū)巡護(hù)、火場(chǎng)偵察、兵 力運(yùn)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(shí)兼顧。如果能利用無(wú)人機(jī)技術(shù)對(duì)林區(qū)進(jìn)行巡護(hù)監(jiān)測(cè)，使有人機(jī)更多地應(yīng)用 在火場(chǎng)撲救上，這樣森林航空消防的優(yōu)勢(shì)會(huì)將更全面的發(fā)揮。

2.2 彌補(bǔ)有人機(jī)撲火綜合效益問(wèn)題

由 于受有人機(jī)數(shù)量和油量得影響，有人機(jī)真正在火場(chǎng)上空作業(yè)時(shí)間較短，火場(chǎng)前線(xiàn)指揮部很少能獲得有人機(jī)空中灑水實(shí)時(shí)圖像，影響了火場(chǎng)前線(xiàn)指揮部對(duì)火場(chǎng)的判斷、 吊桶滅火時(shí)的實(shí)施指揮、地空配合等撲火效益。利用無(wú)人機(jī)參與火場(chǎng)撲救，可以將火場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像傳到火場(chǎng)前線(xiàn)指揮部，指揮部可以根據(jù)火場(chǎng)情況現(xiàn)場(chǎng)指揮飛機(jī)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(shì)得到充分發(fā)揮。

2.3 彌補(bǔ)森林航空消防航期較短的問(wèn)題

以河南省為例，航期一般在11月份到來(lái)年的3月中旬，而河南省的火災(zāi)高發(fā)期從3月初開(kāi)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(jī)已經(jīng)被調(diào)走，嚴(yán)重制約著森林航空消防優(yōu)勢(shì)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(jí)政府的重視， 因此，利用無(wú)人在重點(diǎn)林區(qū)或風(fēng)景區(qū)進(jìn)行巡護(hù)和監(jiān)測(cè)，可以彌補(bǔ)航期較短的問(wèn)題，并且也可以使有些省份在夏季繼續(xù)開(kāi)展森林航空消防。

3 無(wú)人機(jī)在森林航空消防應(yīng)用分析

無(wú) 人機(jī)系統(tǒng)本身就具有機(jī)動(dòng)快速、使用成本低、維護(hù)操作簡(jiǎn)單等技術(shù)特點(diǎn)，通過(guò)搭載不同的任務(wù)載荷可以達(dá)到與有人機(jī)相同的監(jiān)測(cè)功能，而且沒(méi)有人員安全方面的風(fēng) 險(xiǎn)，并且對(duì)起降場(chǎng)地和氣象條件要求低，可在低能見(jiàn)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(xiǎn)區(qū)，無(wú)需人工參與，確保人員安全。

無(wú) 人機(jī)分為固定翼和旋翼兩種類(lèi)型。固定翼型無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)靈活、外場(chǎng)展開(kāi)迅速，操作使用簡(jiǎn)便，自成體系執(zhí)行巡護(hù)、監(jiān)測(cè)、定位等任務(wù)，其中的長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)，具有超 長(zhǎng)續(xù)航能力，可對(duì)指定區(qū)域?qū)嵤┎婚g斷覆蓋巡護(hù)或衛(wèi)星熱點(diǎn)偵察。旋翼型無(wú)人機(jī)（無(wú)人直升機(jī)）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(hù)便利，操作人員經(jīng)過(guò)培訓(xùn)即可以靈活操控直升機(jī)飛行。

森林航空消防對(duì)無(wú)人機(jī)的需求主要集中在林區(qū)巡護(hù)（衛(wèi)星熱點(diǎn)偵察）和火場(chǎng)偵察上。林區(qū)巡護(hù)或熱點(diǎn)偵察主要要求飛機(jī)有較長(zhǎng)時(shí)間的續(xù)航能力，和較快的巡航速度，在這方面固定翼無(wú)人機(jī)有較大的優(yōu)勢(shì)。火場(chǎng)偵察主要是對(duì)火場(chǎng)進(jìn)行靈活、方便的監(jiān)測(cè)，在這方面直升機(jī)比較有優(yōu)勢(shì)。

3.1 固定翼無(wú)人機(jī)在林區(qū)巡護(hù)或衛(wèi)星熱點(diǎn)偵察上的應(yīng)用

固定翼無(wú)人機(jī)可以在目前有人機(jī)數(shù)量較少的情況下，參與林區(qū)巡護(hù)或熱點(diǎn)偵察。它可以按照預(yù)設(shè)的航線(xiàn)飛行，同時(shí)使用任務(wù)載荷對(duì)林區(qū)作大面積的掃描、錄像、拍照，可以將重點(diǎn)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(guó)無(wú)人機(jī)技術(shù)影響，市場(chǎng)上的無(wú)人機(jī)控制半徑最大在150Km內(nèi)，雖然無(wú)人機(jī)理論上可以按照有人機(jī)一樣飛大航線(xiàn)，但超出控制半徑范圍，飛機(jī)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?xún)?nèi)，派出固定翼無(wú)人機(jī)對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的巡查或熱點(diǎn)偵察是其優(yōu)勢(shì)。加上無(wú)人機(jī)在飛行時(shí)成本低，特別是在某一地區(qū)出現(xiàn)高森林火險(xiǎn)等級(jí) 時(shí)，派出無(wú)人機(jī)對(duì)此地區(qū)進(jìn)行連續(xù)的、不間斷的巡查，對(duì)火情進(jìn)行早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)報(bào)，變有災(zāi)為無(wú)災(zāi)、變大災(zāi)為小災(zāi)，更是有人機(jī)不可比擬的。

3.2 旋翼無(wú)人機(jī)在火場(chǎng)偵察方面上的應(yīng)用

森 林航空消防有人機(jī)，在對(duì)火場(chǎng)進(jìn)行偵察或撲救時(shí)，飛機(jī)空中作業(yè)有效時(shí)間短，優(yōu)勢(shì)不能充分發(fā)揮。而利用旋翼無(wú)人機(jī)（直升機(jī)）在有人機(jī)撲救火場(chǎng)時(shí)，承擔(dān)火場(chǎng)偵察 任務(wù)，不僅能增加有人機(jī)直接撲火時(shí)間，使有人機(jī)空中撲火能力得以充分發(fā)揮。而且還可以把火場(chǎng)適時(shí)圖像傳至指揮部，使指揮部全方位了解火場(chǎng)蔓延和撲救情況， 從而及時(shí)調(diào)配兵力和指揮飛機(jī)進(jìn)行撲救，真正實(shí)現(xiàn)地空配合。

火災(zāi)撲滅后，在留守?fù)浠痍?duì)員清理火場(chǎng)，防止復(fù)燃的情況下，無(wú)人機(jī)可以搭載紅外探測(cè)任務(wù)載荷，對(duì)火燒跡地進(jìn)行紅外探測(cè)，獲取火場(chǎng)內(nèi)完整的地面溫度分布狀態(tài)圖像，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在暗火，使指揮部能及時(shí)調(diào)配撲火隊(duì)員清理暗火，保證撲火隊(duì)員的生命安全，有效防止火災(zāi)復(fù)燃。

3.3 無(wú)人機(jī)實(shí)際配置分析

一般無(wú)人機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基本的應(yīng)用任務(wù)、日常維護(hù)及維修，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組至少需要設(shè)置3個(gè)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(wú)人機(jī)還應(yīng)在專(zhuān)門(mén)的車(chē)輛上安裝彈射裝置，以便安全、快速起飛。無(wú)人機(jī)操作人員還應(yīng)接受專(zhuān)門(mén)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(wú)人機(jī)空中管制情況分析

無(wú) 人機(jī)小巧，也是一種飛行器，在空中飛行也需要報(bào)空管部門(mén)審批。但是無(wú)人機(jī)更多的是在某一獨(dú)立區(qū)域低空活動(dòng)，因此需向空管部門(mén)申請(qǐng)區(qū)域飛行。特別是火災(zāi)撲救 時(shí)，由于無(wú)人機(jī)和有人機(jī)都在同一獨(dú)立空域進(jìn)行低空作業(yè)，為保證安全應(yīng)成立專(zhuān)門(mén)的指揮小組，對(duì)無(wú)人機(jī)、有人機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一指揮。

4 小結(jié)

綜 上所述，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)具有機(jī)動(dòng)快速、使用成本低、維護(hù)操作簡(jiǎn)單的技術(shù)特點(diǎn)。利用固定翼無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、使用成本低的優(yōu)勢(shì)，對(duì)某一林區(qū)進(jìn)行巡護(hù)或衛(wèi)星熱點(diǎn)偵 察，能大大提高防撲火能力；利用旋翼無(wú)人機(jī)飛行方式靈活、飛行氣象條件要求不高的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行火場(chǎng)偵察，和有人機(jī)進(jìn)行配合進(jìn)行火場(chǎng)撲救，能大大提高地面指揮部 的指揮效率和有人機(jī)吊桶灑水的效益。因此，利用無(wú)人機(jī)參與森林航空消防監(jiān)測(cè)偵察，是可行的，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)必將會(huì)在森林航空消防工作中 扮演重要角色。

(森林防火專(zhuān)業(yè)委員會(huì)辦公室刊發(fā)此文)

參考文獻(xiàn)

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