無人機在森林防火領域的應用及未來發展

魏愛萍，趙福龍

（1.山西省森林草原防火技術服務中心，山西 太原 030000；2.太原市東西山林區管護中心，山西 太原 030000）

隨著我國森林面積的不斷擴大，受氣候和社會發展等因素的影響，森林防火形勢越來越嚴峻。通過引進無人機技術，提高了防火工作實效，有利于降低火災發生概率、加快火災巡視及處理效率等。

1 無人機技術概述

1.1 無人機概念

無人機是指無人駕駛飛機，是基于無線電遙控設備以及自身搭載的程序控制裝置等，可實現不載人飛行。相比于載人飛機，具有體積小、質量輕、起飛條件限制小、成本低、能耗低等優勢，能夠在無人駕駛的條件下，完成各種復雜的空中飛行任務以及負載任務等?，F階段比較常用的無人機類型有無人直升機、多旋翼無人機、固定翼無人機等[1]。

1.2 在森林防火領域應用的無人機技術

在森林防火領域內中主要應用的無人機技術有遙感技術以及煙霧識別系統。其中無人機要遙感技術是利用目前比較先進的無人駕駛飛行器技術、遙測遙控以及傳感器技術、通信、定位技術等，在森林范圍內法開展自動化、智能化和專用化的信息采集，準確獲取該區域的自然環境、森林火情等空間遙感信息，能夠為消防預警、現場偵測、災情處置等提供精確的指導和決策依據。

而無人機煙霧識別系統是基于遙感圖像，對火焰和煙霧進行監測的新型技術手段。尤其是在夜間、暴雨、高溫、臺風以及泥石流、極端地理環境下，采用傳統的森林防火監控方式具有較大的難度，無法及時發現火災隱患。而利用無人機搭載高清攝像機、紅外成像設備，并結合煙霧識別模塊，有利于及時發現火災情況，指導消防人員采取針對性處理措施，避免火情發展[3]。

2 無人機在森林防火領域內的具體應用

2.1 日常巡視

對于無人機在森林防火領域內的應用，主要體現在日常巡視方面，其是利用GPS 技術、遙感技術、無線通訊技術以及地理信息系統等，將無人機在林區內進行精準定位，以便于在較短的時間內掌握林區實際情況。通過機載控制系統和地面系統的協調配合，將所采集的數據信息傳輸到工作平臺中，通過處理分析后，能夠比較全面、準確、及時地發現火災隱患，為防火工作的開展提供方向，進而提升林區的安全性。在應用過程中，與傳統的人工定期巡視相比較，無人機技術能夠減輕巡視巡查人員的工作量，并針對地形復雜、險峻的區域進行有效巡視和監測，提高防火效率和質量。通常情況下，對特定林區內只需安排2 名工作人員，就可完成對整個林區的日常防火巡視工作，極大地提高了防火工作的實效性[4]。

2.2 實時監控火情

首先，采用具有飛行速度快、飛行距離長的固定翼無人機，搭載高分辨率可見光和紅外攝像機，能夠按照預先設定的飛行航線對森林區域進行空中巡查。當發現火災后，即可利用其搭載設備進行識別，再傳輸到地面控制站。工作人員可通過地面系統顯示的三維圖像，及時了解火災發展情況，為消防人員開展滅火作業提供指導。同時基于無人機拍攝的火災影像，可精準定位火場位置、估算火場面積，并預測火情發展形勢，有利于第一時間發現火災、發出預警、全天報告火情信息，盡可能降低人員傷亡和財產損失。在實踐過程中，當發現可疑區域，可通過遙感控制改變無人機的飛行軌跡及狀態，對目標區域開展詳細的偵查監控。

其次，對已經出現的火情，可利用多旋翼無人機搭載紅外探測器，在地面火場高度500 m左右進行懸停監控，在較短的時間內獲取火情信息，為現場指揮部提供決策依據，完善滅火方案的制定和實施。根據火場情況，為消防隊伍規劃最合理的行進路線，準確、快速達到火災位置。另外，在無人機系統中搭載風向、風速儀等監測設備，比較全面地采集火災燃燒程度、預測火情發展方向，有利于為消防人員提供過火范圍、蔓延趨勢等關鍵信息。無人機在森林火災的處置方面具有良好的應用效果，通過其采集和傳輸穩定的特性，可近距離監控火情，在火災撲滅行動中發揮較為重要的作用[5]。

2.3 遠程指揮和通信

當前在部分林區內，存在地理環境復雜的情況，比如在山西某些地區的森林林區，其山高林密，極容易出現信號堵塞等問題，不利于森林防火工作的有效開展。而應用具備中繼通訊設備的無人機，則可充分保障通訊線路的暢通性，可快速建立覆蓋轄區的通信系統和指揮系統，在一定程度上可順暢獲取火情信息，為指揮員下達科學的消防指令具有重要價值。能夠保障在特殊環境下，有效監控火情，并與指揮平臺相對接，更好地協調消防滅火作業。不過在目前應用中，無人機的負載能力有限，對輕小型遠距離圖像傳輸以及數據傳輸、語音中繼設備等尚未形成完善的技術體系，其集成效果有待進一步提升。但在5G技術不斷發展的形式下，無人機的遠程指揮和通信有較大的發展前景，在不久的將來，能夠實現無人機實施操作以及高清數據回傳，強化數據資源處理能力，為森林防火監測以及火災撲救奠定良好的技術基礎。

2.4 輔助應急救援

在森林防火領域，應用無人機可輔助應急救援工作的開展。即是在無人機上集成航拍測繪模塊，對發生火災的區域進行地形應急測繪，有利于為火災撲救和應急救援提供技術支持。同時，還可在無人機上搭載語音、擴音等功能模塊，用于傳達指令、預警災害信息等，能夠在相對復雜的環境中實現空中呼叫及傳達指揮命令，當火災出現失控時，可及時通知消防人員撤離危險區域，為其提供緊急疏散路徑。另外，應用無人機也協助拋繩、攜帶呼吸器等關鍵設備，為消防人員提供救生通道。除此之外，在應急救援工作中，無人機能夠提高森林航空消防直接滅火能力，比如在空中進行灑水、滅火劑等。結合實踐也可利用無人機發射滅火彈、増雨焰條，進行人工增雨，有效控制火情發展。

3 無人機在森林防火領域應用的發展趨勢

在無人機的運用過程中存在一定的缺陷，比如無人機升降穩定性不足、抗風性能有待加強、續航時間較短、精度存在限制等問題。相關技術人員需要以此為切入點，探究森林防火專用化無人機的發展路徑，提高森林防火安全性。

3.1 高效化

無人機在森林防火中的運用將會側重高效化發展，即是提升獲取數據信息的能力，完善相應的采集功能，架起無人機的巡視巡查效率，精確識別和定位火災隱患區域，及時采取有效的處置措施，避免引發嚴重火災，造成森林資源損失。

3.2 精確化

在未來將會注重建設無人機指揮系統，提高對火情的快速分析和判斷能力，盡可能地減少無價值信息的傳輸，保障無人機采集到的數據資源具有較高的利用率。

3.3 統一化

無人機在森林防火中的應用需進一步加強其集成性和統一化，實現監督與管理功能模塊一體化，實現無人機系統的全面整合，充分發揮其在日常巡視、火情監控以及應急救援、指揮通訊等方面的作用，強化工作效果。

4 結語

綜上所述，無人機在我國森林防火領域內具有較好的應用成效，有效地解決了工作人員數量不足、工作壓力大等問題，更好地適應了森林規模擴大、防火工作能力提升的發展現狀。通過在日常巡視、實時監控火情、遠程指揮和通信、輔助應急救援等方面運用無人機，能夠發揮關鍵性作用，提高防火工作能力。