航空機載信息處理系統在森林航空消防中的應用研究

摘要：直升機機載信息處理系統功能十分強大，其在實際森林航空消防中的作用還未被完全發揮。本文通過介紹某型直升機機載信息處理系統的功能，探索其在森林航空消防中的應用。

關鍵詞：森林消防；直升機；航空機載信息處理系統

引言

隨著直升機在森林航空消防中的大量應用，直升機的重要作用越來越凸顯。當前直升機主要應用于載人巡護、運送給養、機降滅火、吊桶滅火等。隨著科學技術的日新月異，直升機機載設備越發先進，如何發揮機載設備最大效用已成為業內人士普遍關注的問題。本文就某型直升機機載信息處理系統的功能及應用進行探索和研究，以期給森林航空消防任務的完成提供助力。

一、信息處理系統原理及功能介紹

信息處理系統主要通過一臺以信息處理機為核心的信號采集處理平臺完成對視頻及總線信號的采集、處理、疊加、存儲等，從而實現紅外成像、氣象預警、數字地圖顯示及目標定位、信息傳輸、視頻傳輸等多種功能。

（一）紅外成像

如圖1所示，它由可見光攝像儀和紅外熱像儀組成，能夠保證直升機在晝夜條件和復雜氣象條件下探測搜索信號目標，同時具備一定的夜間輔助導航功能。紅外成像裝置能夠提供足夠大的搜索和跟蹤場，實現水平方位360°連續、俯仰-120°—+120°。在能見度大于10km條件下，實現對人（1.7m×0.5m）的探測距離為5km，對車輛（2.3m×2.3m）的探測距離為6km。

（二）氣象預警

如圖2所示，通過交聯機氣象雷達，進入氣象雷達視頻畫面，實現一定范圍內氣象預測及警告，從而為直升機安全飛行提供保證。

（三）地圖導航

如圖3所示，通過交聯機組合導航系統實現位置定位。由于組合導航系統具備多普勒導航、GPS、GLNSS、北斗導航功能，因此具有導航通信穩定、定位準確等多種優勢。在數字地圖窗口可以顯示出由紅外成像儀捕捉到的目標位置的經緯度；在紅外成像窗口中發現目標時進行位置標注，可以對標注的多個位置進行存儲和顯示。

（四）信號傳輸

將信息處理系統紅外成像裝置獲取的目標圖像信息通過圖像傳輸控制設備以無線方式實時、準確、連續地傳輸給地面接收系統，實現對現場綜合環境的視頻監控，為指揮人員的戰術指令下達提供判斷依據[1]。在直升機飛行高度不低于1000m時，可以實現不小于100km的傳輸距離。

二、重要應用及實現方式

在直升機上搭載信息處理系統，可以在森林航空消防中實現很多用途。

（一）火場信息獲取

利用數字地圖定位功能，在火場上空通過紅外成像鎖定火場位置并準確指示當前經緯度。利用大氣數據參數界面直觀顯示當前火場環境溫度、風速、風向以及數據采集的時間、高度、位置等信息。利用紅外成像設備的偵察功能將火場周圍的地形地貌進行視頻記錄，從而實現對發生火災位置的地理地形、火勢、環境等重要數據的獲取。

（二）火場形勢判斷

利用信息處理系統對火場進行位置標定，對火線長度、火場過火面積進行計算，對火場氣象條件進行預警，綜合各項火場信息，迅速對火場形勢進行科學預判。當火災發生時，火場態勢瞬息變化，加上經常發生強雷電等復雜氣象，這無疑給滅火力量的有效利用及滅火指揮帶來了挑戰，因此防火指揮中心亟須實時掌握火場形勢。

1.火場過火面積信息采集

利用直升機空中的優勢，對過火區域邊緣幾個關鍵點進行參數采集并盡可能準確地繪制出火場的幾何圖形，通過信息處理機計算出火場面積。進入信息處理系統數字地圖界面，打開紅外成像設備，通過紅外操作手柄游標來控制光電轉塔方位角和俯仰角，通過十字光標瞄準目標點。信息處理系統通過相關計算顯示出目標點地理位置，這樣便完成了一個目標點采集，通過此方法可以最多進行十個目標點標定。當科學標定火場重要目標點后，對所有目標點進行確認，這時所有標注點在地圖上連接成閉合區域，以顯示火場范圍，同時自動計算出火場面積，省時省力。

2.火場氣象條件采集

打開氣象雷達設備，進入氣象雷達視頻畫面。信息處理系統對火場上空氣象條件進行實時監控，從而提供準確的氣象判斷，以便防火指揮中心和前指根據不同氣象條件采取不同的滅火戰法，為合理調配空地各種力量提供重要依據。

（三）火場信息傳輸

通過圖像傳輸設備，可以將火場畫面實時地傳輸給地面，地面接收機將視頻畫面在大屏幕上進行高清顯示。

（四）特殊氣象條件下的功能使用

在火場偵察和防火滅火作戰中不可避免地會遇到各種特殊氣象條件。先進機載設備為直升機信息處理系統在霧霾、濃煙等特殊氣象條件下完成各項任務提供了可能。利用信息處理系統特有的紅外成像設備，可以實現在多種氣象條件下的遠距離火情觀察，特別是在能見度低的情況下，其特有透霧功能可以有效提高識別距離。在火場面積大、濃煙劇烈、局部小氣象環境危及直升機安全的情況下，打開紅外熱像儀，在數公里外就可以利用紅外畫面對著火強度進行判斷[2]。

（五）空地聯合滅火

空地聯合滅火是指在森林防火滅火戰場上，通過信息處理系統對各種信息進行快速而有效地采集和利用，將運輸機、直升機吊桶滅火力量、地面機械化滅火力量、地面滅火隊員、通信保障力量、后勤給養保障力量等各種要素進行模塊化組合，積極主動地進行滅火作戰。空地聯合滅火要實現滅火要素快速到位、快速展開、快速封控、快速撲滅，真正實現打早、打小、打了的目標，從而最大限度地減少森林資源損失。在空地聯合滅火中，信息處理系統可以將空中與地面指揮部、地面指揮部與火場一線等分散的滅火單元有效地連為一體，形成“人機一體”的力量部署格局，提高人裝合成效益。因此，需要有效挖掘信息處理系統在空地聯合滅火中的潛能。

現以某區域A森林火災為例，利用空地聯合方式實現快速滅火。信息處理系統紅外成像設備以某型直升機為平臺在高空對森林火災進行偵察。探測到某區域A發生森林火災，信息處理系統通過直升機機載設備對發生火災位置的地理地形、水源、路況、氣象等重要數據進行采集。對火場進行可見光全景視頻拍攝，在火場煙霧或霧霾較濃時，利用紅外熱像儀進行探測。信息處理系統對火場進行位置標定，對火線長度、火場過火面積進行計算，綜合各項火場信息，快速形成火場態勢報告。使用圖像傳輸設備送達地面指揮中心，為火災指揮撲救提供及時、準確的空中偵察信息，方便地面指揮中心或前指進行決策和力量部署。地面指揮中心實時觀察到火場畫面以及急需的火場信息數據，根據掌握的實時信息，合理排兵布陣，及時下達滅火指令。根據滅火指令，各種滅火力量用最短的時間迅速向火場方向集結。直升機利用自身高度、靈活機動性在火場區域進行偵察，對滅火隊員兵力集結及作戰情況進行反饋。地面指揮中心根據滅火作戰進度和火場環境的變化，及時進行力量調整和給養補充。滅火任務結束后，第一時間調動各種資源，將一線人員撤回后方基地進行休整。利用信息處理系統對該區域進行實時監控，防止復燃，確保萬無一失，直至整個滅火作戰任務結束。利用信息處理系統采集視頻和信息數據，對此次滅火作戰過程進行回放，總結經驗教訓，完成閉合回路。在整個空地聯合滅火作戰中，信息處理系統都發揮了不可替代的作用。應用信息處理系統，能進一步增強空地聯合滅火效能，使指揮員把握全局，科學決策。

三、信息共享及空中指揮的實現

（一）信息共享

通過在各航空護林站增加地面接收裝置，可以實現在100km范圍內的信息全覆蓋。在信息處理系統中，圖像傳輸設備將直升機空中工作情況或紅外成像設備偵察到的火場視頻畫面傳輸至地面指揮平臺，并隨時接收地面指揮平臺下達的工作指令。在火場一線，使用紅外成像設備將火災現場視頻直接傳輸至100km范圍內的任何一個具有地面接收裝置的平臺，由此實現第一階段火場偵察信息傳輸。利用衛星通信作為鏈路，將地面接收平臺獲取的火場最新信息傳輸給數千公里范圍的地面指揮中心，由此實現第二階段火場偵察信息報送。地面指揮中心也可以借此鏈路對火場一線直接下達指令。建立信息處理系統，可在各級指揮中心之間實現偵察信息的同步共享，保證滅火指令的快速下達，為科學指揮和安全撲救提供有力保障。通過數據鏈共享，將信息顯示處理系統采集的優質信息發送給火場前線，一線滅火隊員也可以實時掌握火場整體狀態，并提前對火險進行判斷[3]。在火勢無法有效控制的情況下，滅火隊員及時撤離到安全區域，減少人員和裝備的損失，使整個滅火過程更加安全、可靠。

（二）空中指揮

在進行滅火作戰時，地面指揮中心會調集大量飛行力量進行吊桶滅火、裝備運載、機降、索降等滅火作戰。火場上空就形成了極其復雜的局部小環境，給飛行安全帶來很大隱患。通過進一步挖掘直升機信息處理系統的潛力，將搭載信息處理系統的直升機打造成一個功能完備的空中指揮平臺，可以有效消除隱患。對相應的設備升級或改裝可以將數字化指揮監控系統融入信息處理系統，這樣通過信息處理系統就可以掌握火場的空中態勢信息，將空中滅火力量與信息處理系統有效整合，為其他飛行器提供氣象預警、防撞告警，實現對空中所有滅火飛機的有效指揮，確保飛行安全。

結語

通過實際應用發現，信息處理系統采集視頻信號穩定、畫面清晰、目標定位準確可靠、傳輸實時性好。在未來的工作中，通過加強信息處理系統的實踐探索與實戰應用，不斷總結經驗，充分發揮信息處理系統的作用，進一步拓展直升機在航空應急救援中的功能，使指揮決策更加科學高效，有效實現航空應急救援指揮信息化。

參考文獻

[1]陳宏剛，王文元，徐艾華.森林航空消防火場偵察及信息傳輸系統的建設與應用[J].森林防火，2013（03）：52-54.

[2]杜春麗，丁建芳，李昊，等.河南省飛機增雨空地信息傳輸系統建設及應用[J].氣象與環境科學，2014，37（02）：85-88.

[3]閆楊.圖像傳輸系統在森林航空消防工作中的應用[J].林業科技情報，2018，50（04）：50-52.

作者簡介：楊海龍（1987— ），男，漢族，山西孝義人，本科，工程師，研究方向：消防航空飛行保障。