黑龍江省航空林火探測(cè)及空中撲救指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭昭濱，段洪偉，柴 軍

（1.黑龍江省林業(yè)廳森林防火預(yù)警監(jiān)測(cè)信息中心，黑龍江 哈爾濱 150036；2.哈爾濱航空護(hù)林站，黑龍江 哈爾濱 150027；3.中國(guó)飛龍通用航空有限公司，黑龍江 哈爾濱 150060）

1 航空林火探測(cè)及空中撲救指揮系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)的航空探測(cè)林火及指揮撲救林火的工作方式是航空護(hù)林站的觀察員人工觀測(cè)火情，手動(dòng)標(biāo)繪火場(chǎng)態(tài)勢(shì)，然后通知地方防火辦或前線指揮部組織撲救林火。環(huán)節(jié)較多、操作復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)。如何實(shí)現(xiàn)智能探測(cè)林火和空中指揮撲火相結(jié)合，提高森林火災(zāi)的發(fā)現(xiàn)和撲救效率，更好地做到“打早、打小、打了”是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。要打破傳統(tǒng)工作方式，由航站觀察員和火場(chǎng)指揮員聯(lián)合建立空中指揮所，利用航空器作為空中平臺(tái)，集火情自動(dòng)報(bào)警、火場(chǎng)探測(cè)監(jiān)測(cè)、撲救輔助決策、火場(chǎng)信息傳輸、空中指揮撲救、系統(tǒng)保障管控為一體。發(fā)現(xiàn)火情后，在空中完成火情信息采集、處理分析及指揮撲救林火工作，實(shí)時(shí)將火場(chǎng)綜合信息進(jìn)行發(fā)布，從而實(shí)現(xiàn)各級(jí)防火部門共享火場(chǎng)信息的目標(biāo)。

空中撲救指揮系統(tǒng)主要包括6部分：航空器選型及人員配備、智能林火探測(cè)設(shè)備、輔助決策設(shè)備、空中指揮撲救、火場(chǎng)信息管控發(fā)布平臺(tái)、地面接收系統(tǒng)保障。下面逐一予以介紹，并相應(yīng)提出設(shè)計(jì)方案。

2 航空飛行器選型及人員配備

選用客艙寬敞，飛行穩(wěn)定、續(xù)航較長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性以及安全性較好，具備全天候飛行能力的小型固定翼雙發(fā)飛行器。設(shè)預(yù)警監(jiān)測(cè)席位、撲救指揮席位，各相應(yīng)席位配備飛行觀察員和火場(chǎng)指揮員?；饒?chǎng)指揮員應(yīng)具備空中觀察業(yè)務(wù)能力，必要時(shí)可由觀察員擔(dān)任。

3 智能林火探測(cè)設(shè)備

隨著我國(guó)軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略的深入實(shí)施，軍、民兩用產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)?？蛇x用符合軍用標(biāo)準(zhǔn)的視野寬闊的遠(yuǎn)紅外和高清視頻探測(cè)吊艙設(shè)備，并要符合以下要求：操作簡(jiǎn)單的控制主機(jī)；兩軸四框結(jié)構(gòu)、高精度陀螺慣性測(cè)量單元（IMU）定位，目標(biāo)距離5 km時(shí)定位誤差≤30 m；手動(dòng)、自動(dòng)搜索林火并自動(dòng)報(bào)警，火點(diǎn)定位及火點(diǎn)鎖定跟蹤；高清攝像機(jī)≥10倍光學(xué)變焦，電視探測(cè)距離3 m×3 m的目標(biāo)為12 km，提供視頻影像分辨率≥1 920×1 080 PPI，紅外探火3 m×3 m的目標(biāo)為10 km，提供偽彩影像分辨率≥640×480 PPI；操作界面應(yīng)顯示飛行高度和海拔，飛行和攝像頭方向，飛機(jī)的經(jīng)緯度，飛機(jī)與火點(diǎn)的相對(duì)方位、距離，火點(diǎn)的經(jīng)緯度，紅外、高清影像可切換同屏顯示，鏡頭變焦倍數(shù)、火警提示信息等；為撲火指揮儀提供火點(diǎn)經(jīng)緯度和帶三點(diǎn)以上坐標(biāo)的火場(chǎng)圖像；記錄設(shè)備滿足記錄紅處視頻時(shí)長(zhǎng)≥20 h；記錄高清視頻（1 080 P）時(shí)長(zhǎng)≥30 h。

4 輔助決策設(shè)備

為快速制定撲火指揮決策提供了科學(xué)的依據(jù)，以地理信息系統(tǒng)（GIS）為平臺(tái)，光電吊艙控制主機(jī)連接，可自動(dòng)顯示火點(diǎn)位置，自動(dòng)疊加火場(chǎng)圖像。相應(yīng)提供森林防火專業(yè)標(biāo)繪功能；各類矢量和柵格地圖數(shù)據(jù)、森林防火專題數(shù)據(jù)、森林資源林相數(shù)據(jù)。電磁硬顯示屏，提供專業(yè)數(shù)字電磁筆，可手指多點(diǎn)觸摸操作；多媒體視頻、音頻播放；可按要求定制各類火場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖和數(shù)據(jù)，輸出的專業(yè)態(tài)勢(shì)文件格式與各個(gè)航空護(hù)林站及各級(jí)防火辦軟件系統(tǒng)無(wú)縫兼容；北斗定位跟蹤功能，全面掌握地面撲火隊(duì)伍分布情況。

5 空中指揮撲救

指揮員根據(jù)林火探測(cè)系統(tǒng)和輔助決策系統(tǒng)科學(xué)的進(jìn)行判斷，快速的制定撲火方案。配備超短波電臺(tái)，衛(wèi)星電話等通信設(shè)備，與火場(chǎng)前指及地面撲火隊(duì)伍進(jìn)行通信，確保火場(chǎng)前指及空中指揮員的撲火指令能第一時(shí)間快速下達(dá)到地面撲火隊(duì)伍。

6 火場(chǎng)信息傳輸

空中與地面的火場(chǎng)視頻、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)信息傳輸方式主要有3種，一是衛(wèi)星（動(dòng)中通）傳輸，二是超短波（340 Hz）傳輸，三是微波（1.4 Hz）傳輸。這3種傳輸方式的特點(diǎn)是衛(wèi)星通信不受傳輸距離限制，但租賃線路費(fèi)用昂貴；超短波和微波通信成本低，但受傳輸距離限制，可根據(jù)資金情況選擇。機(jī)載發(fā)射方式為廣播式；超短波和微波傳輸距離在非視距環(huán)境下≥80 km；傳輸1 080 P高清圖像，載荷數(shù)據(jù)速率≥4 Mbps；火場(chǎng)視頻圖像單向傳輸、雙向語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸；地面接收分自動(dòng)接收和手動(dòng)接收，接收后連接到前指大屏幕上顯示并通過(guò)寬帶專網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)將火場(chǎng)信息推送到管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心。

7 火場(chǎng)信息管控發(fā)布平臺(tái)

建立火場(chǎng)信息管控發(fā)布平臺(tái)，供各級(jí)森林防火部門查詢和觀看。火場(chǎng)綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量≥10 TB，對(duì)火場(chǎng)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行管理；發(fā)布平臺(tái)采用B/S架構(gòu)，具備視頻實(shí)況播放、查尋（按時(shí)間、火場(chǎng)名稱、設(shè)備編號(hào)或航線號(hào)）、回放等功能以及火場(chǎng)圖片、態(tài)勢(shì)圖查詢功能；視頻影像編輯功能。

8 地面接收系統(tǒng)保障

配備越野性能高系統(tǒng)保障車，各環(huán)節(jié)進(jìn)行集成、銜接，裝載高清接收天線、控制機(jī)、視頻矩陣、連接轉(zhuǎn)換器、無(wú)線路由器、視頻線、網(wǎng)線、發(fā)電機(jī)、顯示器等設(shè)備，保障地面接收系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

該系統(tǒng)將極大提高森林防火的空中預(yù)警、指揮撲救能力，更好的發(fā)揮航空護(hù)林空中優(yōu)勢(shì)，提高飛行效率，降低火災(zāi)損失。尤其提高在低能見度條件下的火情發(fā)現(xiàn)率，做到有火早發(fā)現(xiàn)、早撲救，實(shí)現(xiàn)“打早、打小、打了”的森林防火目標(biāo)。在火場(chǎng)撲救過(guò)程中，為指揮部提供及時(shí)準(zhǔn)確的火場(chǎng)信息和輔助依據(jù)，制定科學(xué)的撲救決策，提高撲救效率。這既能減小森林火災(zāi)對(duì)森林資源、生態(tài)環(huán)境造成的損失，又在一定程度上降低森林火災(zāi)的撲救費(fèi)用。另外，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不僅能提高對(duì)森林火災(zāi)預(yù)防預(yù)警和指揮撲救能力，同時(shí)根據(jù)需要也可承擔(dān)森林資源調(diào)查，林政案件取證等任務(wù)，在一定程度上促進(jìn)林區(qū)社會(huì)和諧穩(wěn)定健康發(fā)展。