淺議無人機在森林航空消防中的應用

郭少東

（河南省森林航空消防站河南鄭州450003）

摘要：隨 著生態文明建設的快速發展，森林防火越來越受到人們的重視。森林航空消防的優勢越來越明顯，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勢得以 充分發揮。無人機系統相對于有人機來講，具有機動快速、使用成本低、維護操作簡單等技術特點，它可以彌補現階段我國森林航空消防有人機的許多不足，并通過 搭載不同的任務載荷可以在林區巡護、衛星熱點偵察、火場偵察等方面發揮監測功能，使有人機盡可能多的應用在直接撲火中，進而使森林航空消防的優勢得以充分 發揮。

關鍵詞：無人機；森林航空消防；林區巡護；火場偵察

林 業是生態省建設的主體，在保持經濟和社會發展中有著不可或缺的作用。隨著全生態文明的迅速發展，每年新造林地也快速增加，森林防火任務日益繁重，壓力越來 越大。同時為撲救森林火災也耗費了大量的人力、物力和財力，森林火災對森林資源和生態環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、新設備，而且有不少省份較早的開展了森林航空消防業務。經過多年努力，森林航空消防“不可替代”的 優勢也越來越突出，作用也越來越明顯，為森林防火事業開創了新的局面。但是，在防火期內，部署在各個省份的森林航空飛機數量太少，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，森林航空消防的優勢不能得到充分發揮。如何在現階段條件下，引用新技術參與森林航空消防監測偵察，就成為森林航空 消防發展的一個重要課題。目前，我國無人機技術在通用航空方面的發展處于起始階段，但也有許多省份大膽的利用這項新技術參與了森林防火，并取得成功。因 此，引用無人機在森林航空消防中應用是非常有意義的。

1 無人機概述

無 人機是一種具有優良性能的空中平臺，采用智能化系統，具有自動起飛、任務規劃、航線飛行、定點偵察、區域偵察、自動降落等功能。它可以用最短的時間，最大 限度地接近火災現場，提供最直接、最真實的第一手資料，即將火災現場的實景畫面、各種數據，通過機載任務設備（光學、紅外等偵察設備）適時地傳回應急指揮 中心，為指揮、決策提供實時信息，真正做到第一時間、第一現場。

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

1.1 林區巡護、衛星熱點偵察

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

1.2 火場偵察

無人機搭載任務載荷在執行火場偵查任務時，安裝彩色CCD任 務載荷可獲取火災損毀評估實時圖像，可對重點區域獲取非常詳細的圖像數據，對于可疑點或區域，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（經、緯度）、過火面積、火場蔓延趨勢等火場態勢信息。無人機配備紅外探測任務設備，在過火 地區進行紅外探測，紅外探測設備可穿透煙霧敏感到地表的溫度情況，獲取火場區域完整的地面溫度分布狀態圖像，可使指揮部及時了解滅火效果，及時調配地面人 員對火場區域進行撲救。

2 無人機在森林航空消防應用上的優勢

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展的，還有很多因素。

2.1 彌補有人機數量少、機種單一的問題

受 我國通用航空發展技術的影響，我國通用航空飛機數量較少，用在森林防火的飛機少之又少，并且受國家統一調配。往往一架直升機要承擔林區巡護、火場偵察、兵 力運送、領導巡視、防火宣傳、吊桶滅火等多種任務。火災的前期發現和火災撲救不能同時兼顧。如果能利用無人機技術對林區進行巡護監測，使有人機更多地應用 在火場撲救上，這樣森林航空消防的優勢會將更全面的發揮。

2.2 彌補有人機撲火綜合效益問題

由 于受有人機數量和油量得影響，有人機真正在火場上空作業時間較短，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，指揮部可以根據火場情況現場指揮飛機撲火， 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勢得到充分發揮。

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，而河南省的火災高發期從3月初開始到4月 底結束，往往在河南省森林火災高發期，直升機已經被調走，嚴重制約著森林航空消防優勢的充分發揮。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或風景區進行巡護和監測，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開展森林航空消防。

3 無人機在森林航空消防應用分析

無 人機系統本身就具有機動快速、使用成本低、維護操作簡單等技術特點，通過搭載不同的任務載荷可以達到與有人機相同的監測功能，而且沒有人員安全方面的風 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）情況下執行任務，特別是可以深入重度危險區，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，自成體系執行巡護、監測、定位等任務，其中的長航時無人機，具有超 長續航能力，可對指定區域實施不間斷覆蓋巡護或衛星熱點偵察。旋翼型無人機（無人直升機）可以垂直起降、空中懸停、原地轉彎、側飛、倒飛，其性能可靠、結 構緊湊、便于攜帶、使用成本低、維護便利，操作人員經過培訓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巡護（衛星熱點偵察）和火場偵察上。林區巡護或熱點偵察主要要求飛機有較長時間的續航能力，和較快的巡航速度，在這方面固定翼無人機有較大的優勢。火場偵察主要是對火場進行靈活、方便的監測，在這方面直升機比較有優勢。

3.1 固定翼無人機在林區巡護或衛星熱點偵察上的應用

固定翼無人機可以在目前有人機數量較少的情況下，參與林區巡護或熱點偵察。它可以按照預設的航線飛行，同時使用任務載荷對林區作大面積的掃描、錄像、拍照，可以將重點區域的圖像信息傳回地面，由地面傳回指揮部。受目前我國無人機技術影響，市場上的無人機控制半徑最大在150Km內，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，派出固定翼無人機對某一區域進行長時間的巡查或熱點偵察是其優勢。加上無人機在飛行時成本低，特別是在某一地區出現高森林火險等級 時，派出無人機對此地區進行連續的、不間斷的巡查，對火情進行早發現、早預報，變有災為無災、變大災為小災，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，飛機空中作業有效時間短，優勢不能充分發揮。而利用旋翼無人機（直升機）在有人機撲救火場時，承擔火場偵察 任務，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， 從而及時調配兵力和指揮飛機進行撲救，真正實現地空配合。

火災撲滅后，在留守撲火隊員清理火場，防止復燃的情況下，無人機可以搭載紅外探測任務載荷，對火燒跡地進行紅外探測，獲取火場內完整的地面溫度分布狀態圖像，從而及時發現存在暗火，使指揮部能及時調配撲火隊員清理暗火，保證撲火隊員的生命安全，有效防止火災復燃。

3.3 無人機實際配置分析

一般無人機系統實現基本的應用任務、日常維護及維修，標準機組至少需要設置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雜，特別是固定翼無人機還應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接受專門飛行操作培訓，包括基本的飛行原理、系統通曉、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域低空活動，因此需向空管部門申請區域飛行。特別是火災撲救 時，由于無人機和有人機都在同一獨立空域進行低空作業，為保證安全應成立專門的指揮小組，對無人機、有人機進行統一指揮。

4 小結

綜 上所述，無人機系統具有機動快速、使用成本低、維護操作簡單的技術特點。利用固定翼無人機續航時間長、使用成本低的優勢，對某一林區進行巡護或衛星熱點偵 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測偵察，是可行的，隨著無人機技術的不斷發展，無人機必將會在森林航空消防工作中 扮演重要角色。

(森林防火專業委員會辦公室刊發此文)

參考文獻

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