森林輔助滅火無人機

劉佳琦 侯哲

【摘要】森林火災具備突發(fā)性、蔓延速度快、侵害水平高等特點，特別是樹冠火，蔓延速度極快，造成的危害程度極高，這是最嚴重的森林火災類型。建立針對高效撲救樹冠火的體系迫在眉睫。而隨著現(xiàn)代無人機技術(shù)不斷發(fā)展與創(chuàng)新，使用無人機具有造價低、性價比高、無傷亡風險、生存能力強、在森林滅火過程中更便于使用的特點，實現(xiàn)了全天火情監(jiān)測，火勢監(jiān)控，及時滅火等功能。所以通過建立無人機輔助撲救樹冠火體系，從而實現(xiàn)最及時有效的撲救。

【關(guān)鍵詞】無人機 森林滅火 樹冠火

1森林火災的發(fā)生

導致森林火災的三個條件：一是物資基礎(chǔ)即可燃物;二是火險氣候條件;三是火源。所述三個條件同時存在才會發(fā)生森林火災。所以森林爆發(fā)火災是可以提早預防的。

森林火情按照不同的類型可分為林冠火和地下火以及地表火。地表火：火沿著低空逐步蔓延，隨之燒毀地面，枯枝，燃燒暴露在地面上的樹根。大約94%的森林火災。地面火力迅速蔓延，通常是幾百米至1000米/小時以上，燃燒程度不均勻，經(jīng)常離地，危害較小?；瘘c沿風長或三角形;穩(wěn)定的地面火災，蔓延緩慢，只有幾十米/小時，通常會燒遍了所有地面，“高寒”的水平較低的樹枝也被燒毀，燃燒時間也很長，高溫嚴重，火災痕跡嚴重。樹冠火：火焰會隨著樹冠蔓延，主要是由在大風作用下的地面火災導致的。它的損毀程度很強，能燒毀樹葉、樹枝和地面上的籠罩物等，煙柱通?？蛇_數(shù)公里，不易撲滅，溫度大概在900°C，約占森林火災的5%。根據(jù)樹冠火的傳播速度和危害程度可分為兩類。緩進的樹冠火又稱遍燃火，速度相對較慢，順著風向5～9公里每小時，樹冠火與地表火并排上下，其危害程度是森林火災中最嚴重的。極速燃燒蔓延的樹冠火又稱狂燃火，傳播急速并向前跳躍，順著風向達到9～24公里每小時，地表火總是被樹冠火遠遠的拋在后面，形成兩股火，燃燒軌跡為橢圓形。地下火：通常也叫做泥炭火和腐殖質(zhì)火。這類火是在地面下燃燒起來的。表面上看不到火焰，只看到煙霧，傳播速度很慢。它每小時只有4～5米。它的燃燒可以連續(xù)幾天，幾個星期甚至更長時間。燃燒到礦物或地下水層。它的破壞性強，不易熄滅。約占森林火災比例的1%。

森林自然保護區(qū)若發(fā)生火災將會造成及其嚴重的后果。森林火災不只直接燒毀樹木，導致森林面積的驟減，還嚴重的破壞到森林構(gòu)造，導致森林生態(tài)系統(tǒng)不在均衡，同時引起空氣的污染，對人民的生命財產(chǎn)造成威脅。據(jù)國家森林消防指揮部辦公室統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示計，在2018年全國共發(fā)生了2478起火災。

2我國無人機在森林滅火應用的現(xiàn)狀

2.1全天候火情監(jiān)測

固定翼無人機可通過加載高分辨率可見光、紅外攝像機等在林區(qū)進行空中巡邏，并可根據(jù)預定飛行路徑在林區(qū)進行空中巡邏，并將采集到的圖像數(shù)據(jù)實時傳輸回地面監(jiān)測站。圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?shù)较乐蛋嗖块T。便于及時發(fā)現(xiàn)火情。

2.2火場態(tài)勢實時監(jiān)控

實時獲取火情信息，及時為消防人員提供最佳信息。同時，無人機機身可配備風向、風速儀等設(shè)備，采集火災全區(qū)域圖像、火災燃燒程度、火災風向和風速，協(xié)助指揮人員判斷火災范圍、發(fā)展趨勢。

2.3遠距離中繼通信

森林地形復雜，信號弱。運用副航行平臺攜帶中繼通訊設(shè)施，能夠保障通信線路的疏通，利于任務地域通信系統(tǒng)的快速建立。

2.4輔助應急救援

通過集成空中攝影模塊，能夠完成火災場景的應急測繪，為消防和救援提供強有力的支持。同時，語音和放大模塊可以集成在無人機上傳輸指令。在火場的復雜環(huán)境中，能夠完成高空指揮。通知滅火器及時疏散危險區(qū)域，提供疏散通道，無人機協(xié)助拋繩或攜帶相關(guān)設(shè)備，為消防員開拓救生通道。

2.5其他運用形式

目前，在森林防火和消防中應用最廣泛的無人駕駛飛行器仍然是火災探測和情報收集，但也有一些新的嘗試。例如，運用化學助燃劑放射化學火劑構(gòu)成防火帶，在指揮人員的控制下發(fā)出火種炸彈，攜帶增雨火焰進行人工增雨等。從目前的技術(shù)水平和使用手段的角度出發(fā)，將遙感監(jiān)測手段與衛(wèi)星遙感監(jiān)測手段、載人飛機巡查監(jiān)測手段、地面巡檢手段和人工巡邏防護手段有效地聯(lián)合起來。綜合監(jiān)測網(wǎng)的形成仍然是主要的發(fā)展趨勢。

3森林輔助滅火無人機

為了避免森林火災的爆發(fā)，必需了解森林火災的發(fā)生規(guī)律，運用科學技術(shù)手段。最大水平上減少火災的發(fā)生。森林火災具備突發(fā)性、蔓延快、危害程度高等特點，特別是樹冠火，是危害嚴重的森林火災類型。如果發(fā)生危險，人力很難首先到達。如果發(fā)生危險，人力很難首先到達。由于樹冠火蔓延速度極快，造成的危害程度極高，因此對樹冠火的及時撲救至關(guān)重要。撲滅樹冠火最為有效的方法有自然依托撲救即在自然依托內(nèi)側(cè)伐倒樹木點放迎面火和伐倒樹木建立隔離帶。

森林輔助滅火無人機針對撲救蔓延極快的樹冠火，在救援人員未到達或者無法接近的時候，輔助無人機通過砍伐一定安全距離外的樹木建立阻燃線。在砍伐樹木時，人為遠程操控，無人機的機器手臂固定在樹干上目標位置的下方，油鋸鋸刀鋸倒目標樹木，同時噴灑阻燃化學藥劑。以防止樹冠火的蔓延，控制火勢。

4結(jié)語

未來必定是人工智能的時代。無人機作為人類智慧在高空的延展，具備與森林防火范疇十分相適應的高度產(chǎn)業(yè)化和多層次應用空間。