加州野火災(zāi)害系統(tǒng)性消除方案（一）

符長青

近年來，美國加州一再發(fā)生大范圍、大規(guī)模野火災(zāi)害，成為加州的心頭之痛。本文基于加州野火頻發(fā)情況的實(shí)地考察，對(duì)加州野火頻發(fā)的原因、后果、解決方法和途徑進(jìn)行一系列分析研究，提出消除加州野火災(zāi)害的系統(tǒng)方案。

21世紀(jì)以來，美國發(fā)生野火火災(zāi)的規(guī)模和影響越來越大，每年被森林或草地大火燒毀的土地面積呈現(xiàn)快速增加趨勢(shì)。在里根總統(tǒng)第一個(gè)任期，聯(lián)邦政府每年用于救火的資金只有幾十萬美元?，F(xiàn)在，聯(lián)邦政府每年僅用于撲滅野火的計(jì)劃資金就為22.5億美元，而管理火情的預(yù)算資金甚至超過50億美元。盡管如此，野火造成的損失還是逐年遞增。

尤其是加州，幾乎每年都會(huì)發(fā)生大規(guī)模野火災(zāi)害。野火所到之處，昔日光鮮的商務(wù)樓、忙碌的超市、寧靜的民宅變成廢墟，汽車、大巴被燒得只剩下骨架。特別是近年來，加州野火在不斷危害人們的財(cái)產(chǎn)和生命。

加州地理位置與氣候特點(diǎn)

加州地理位置

加利福尼亞州（State of California）簡稱加州，中華人民共和國駐洛杉磯總領(lǐng)事館發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，加州面積42.397萬km2，僅次于阿拉斯加州和得克薩斯州，2018年人口約3956萬，居全美第一。

加州在地理、地貌、物產(chǎn)、人口構(gòu)成方面具有多樣化特點(diǎn)，地理?xiàng)l件相差懸殊，南部沙漠地區(qū)干旱；北部沿海，冬季常因雨雪過多而發(fā)生水災(zāi)，北部沿海地區(qū)多山；加州東部的東南端與東北端是一片沙漠，內(nèi)華達(dá)山脈在這片沙漠以西，高度超過落基山脈，山上的塔霍湖跨加利福尼亞及內(nèi)華達(dá)兩州邊界。

加州地理位置有嚴(yán)重的缺陷，即當(dāng)美國中西部強(qiáng)冷高壓氣流南下到落基山脈一帶，因?yàn)閺?qiáng)烈的氣壓梯度，加州北部沿岸將出現(xiàn)強(qiáng)勁的東北風(fēng)，這一風(fēng)向從落基山區(qū)直落到太平洋沿岸附近，風(fēng)越過高山沿山坡下沉，形成干熱下沉過程，使得過山后的氣團(tuán)溫度顯著升高且濕度很低，形成“焚風(fēng)”，極易引發(fā)火災(zāi)。

加州氣候特點(diǎn)

加州受地理?xiàng)l件影響，氣候相差懸殊。大部分地區(qū)只有兩個(gè)氣候，即干季和濕季。加州南部為熱帶沙漠氣候，氣溫變化較大，年降雨為25cm。北部沿海地區(qū)受加利福尼亞洋流影響，則為地中海型氣候，夏季干旱，多陽光，冬季多雨，即冬濕夏燥。夏天，東南部科羅拉多沙漠溫度高達(dá)54℃，接近地球上最高溫度；冬季內(nèi)華達(dá)山巔如地球北極般寒冷。但是，太平洋沿岸的溫度一般不超過32℃，也不低于0℃。西北部降水量為4420mm，東南部科羅拉多沙漠降水量為50～75mm，中央谷地年降水量介于200～500mm間。

總之，加州氣候特點(diǎn)是，一年中大部分時(shí)間均相對(duì)干燥少雨，特別是夏季。而該州的森林或草地覆蓋率高達(dá)45%，為全美第二，漫長的夏季“烘烤”著成片的森林或草地，因此極易引發(fā)火災(zāi)。

野火肆虐加州

野火（Wild Fire）又稱山火或森林火災(zāi)，是從森林或草地開始燃燒引發(fā)的火，野火災(zāi)害是指失去控制的森林或草地大火燃燒。由于日常生活中一提到野火，人們常會(huì)聯(lián)想到可怕的野火災(zāi)害，將野火與野火災(zāi)害等同看待，不加細(xì)分。

加州野火由來已久，根據(jù)以前的記載，自1930年開始，每年發(fā)生大小野火上千起，且規(guī)模和破壞力逐年擴(kuò)大，野火季時(shí)長也從20世紀(jì)70年代的5個(gè)月變?yōu)槿缃竦?個(gè)月?，F(xiàn)以近幾年加州暴發(fā)的野火為例，說明加州野火的危害程度。

2017年

2017年爆發(fā)的加州野火十分猖獗，共發(fā)生8747場(chǎng)野火。其中，北加州野火已造成44人喪生，8900座房屋建筑被燒毀；南加州6場(chǎng)主要野火的過火面積達(dá)14萬1000英畝，23萬居民緊急撤離，超過500棟建筑被燒毀，數(shù)萬人流離失所。在野火災(zāi)情嚴(yán)重的北灣索諾馬縣圣他羅莎(Santa Rosa)，大片住宅區(qū)和商業(yè)區(qū)被燒至灰燼，現(xiàn)場(chǎng)方圓幾千米內(nèi)均已面目全非，留下一片廢墟，損失慘重。

2018年

2018年11月，美國加州南北部幾場(chǎng)野火幾乎同時(shí)出現(xiàn)，最嚴(yán)重的兩起是北加州坎普野火和南加州伍爾西野火。其中，坎普野火連燒多日，過火面積超過607km2，至少造成85人死亡，30余萬人被迫遷移，超過12000座房屋被燒毀。其中包括擁有2.7萬人口的整個(gè)天堂鎮(zhèn)（Paradise）化為灰燼，成為美國歷史上最致命的野火；伍爾西野火迫使25萬人疏散，3人死亡，1643座建筑被燒毀。據(jù)統(tǒng)計(jì)，加州此次共投入1.4萬名消防人員、數(shù)十架超大型固定翼消防飛機(jī)參與滅火。

2019年

2019年10月24日，加州野火再次蔓延，南北加州燃起熊熊大火，樹木灰燼四處紛飛，南北加州兩地過火面積近8萬畝，約有9萬座建筑受到火勢(shì)威脅。由于野火威脅急劇升高，美國加州州長27日宣布全州進(jìn)入緊急狀態(tài)，有數(shù)十萬人被下令撤離家園。

2020年

2020年是多災(zāi)多難的一年，加州野火更是趁火打劫，比其他年份更早地爆發(fā)，肆虐加州大地。2019年加州遭遇了5300起野火，而2020年8月15日至10月4日期間，這個(gè)數(shù)字已超過8000起，野火過火面積超過16000km2，打破加州歷史紀(jì)錄，導(dǎo)致31人死亡，8200棟建筑物被燒毀，超過53000名居民流離失所。統(tǒng)計(jì)資料表明，加州歷史上過火面積最大的20場(chǎng)野火中，有6場(chǎng)發(fā)生在2020年，排名前5的野火有3場(chǎng)發(fā)生在2020年。雖然2020年加州野火過火面積已創(chuàng)歷史新高，但很不幸的是，如果現(xiàn)在仍然沒有找到有效破解的方法，這一紀(jì)錄恐怕以后還會(huì)被持續(xù)刷新。

加州野火頻發(fā)原因

究竟是什么原因造成加州野火頻發(fā)？仔細(xì)分析無外乎是可燃物、氣候條件和火源等因素。

可燃物

可燃物包括樹木、草灌等植物，是發(fā)生野火的物資基礎(chǔ)?？扇嘉锏念愋筒煌淙紵砸哺鳟?，一旦發(fā)生火災(zāi)，其蔓延速度、火焰高度和火強(qiáng)度等均不同。加州可燃物種類主要包括以下幾種。

（1）干枯雜草和枯枝落葉

細(xì)小干枯雜草和枯枝落葉等是最易燃燒的危險(xiǎn)引火物，干燥和死的可燃物較潮濕或活的可燃物易燃，含大量樹脂的針葉樹、樟樹、桉樹等闊葉樹較一般闊葉樹易燃。

（2）易燃灌木瘋長

由于加州能夠抗住野火侵?jǐn)_的大樹急速減少，造成本地特有的一種易燃油脂性灌木瘋長。加州大學(xué)洛杉磯分校大氣海洋科學(xué)系薛永康教授分析，加州當(dāng)?shù)赜幸环N植物叫查帕拉爾，是一種比較矮、常綠闊葉灌木，這個(gè)灌木葉子含有蠟、油脂、脂肪等易燃物質(zhì)。其葉子掉落后，在土壤表面會(huì)自然分解出油脂，油脂積累到一定程度就會(huì)燃燒。

（3）可燃?xì)怏w

野火經(jīng)常有隱蔽性表現(xiàn)，當(dāng)野火的明火被撲滅后，地面看似無火無煙，使人們喪失警覺，但實(shí)際上野火蔓延常有反復(fù)，特別在山地林區(qū)表現(xiàn)更為突出。其原因是野火被撲滅后，還存在隱蔽的余火自燃問題，地表下面的腐殖質(zhì)在高溫作用下，散發(fā)出可燃?xì)怏w，一旦與外部空氣中的氧氣結(jié)合，即發(fā)生自燃。這等于野火死灰復(fù)燃，森林或草地突然再次起火時(shí)，盡管有人在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)防守，也會(huì)令人措手不及，特別是在火場(chǎng)邊沿更為嚴(yán)重。

地形與氣候條件

在所有自然環(huán)境和氣侯條件中，風(fēng)對(duì)野火的擴(kuò)展和蔓延起決定性作用。風(fēng)可促進(jìn)空氣流通，加速燃燒反應(yīng)；風(fēng)力可以將火焰帶到前方，增加火的傳播速度；風(fēng)能增加可燃物的水分蒸發(fā)，降低可燃物的含水率，促進(jìn)燃燒，風(fēng)速大則野火蔓延速度加快。

加州的自然地形分割非常明顯，翻越東部的內(nèi)華達(dá)山脈便進(jìn)入內(nèi)華達(dá)州，它是美國西部著名的大盆地，兩者之間平均海拔落差在1000m以上。由于盆地在白天吸收陽光，氣溫上升快，聚集在盆地內(nèi)的空氣會(huì)因加熱而上升到山脈附近，造成盆地上空的空氣密度較高。這些空氣在氣壓差的作用下，向西面沿海的低氣壓帶移動(dòng)，其風(fēng)速最高能達(dá)到60km/h。加州夏天高溫干燥，秋天有從內(nèi)華達(dá)高原吹來的大風(fēng)，從兩個(gè)山口吹入加州，分別稱為圣安娜風(fēng)（Santa Ana Winds）和大惡魔風(fēng)（Diablo Winds），如圖1所示。這兩股風(fēng)風(fēng)力大、風(fēng)速快，是引發(fā)每年加州野火連綿不絕的重要因素。

圖1 大惡魔風(fēng)和圣安娜風(fēng)走向示意圖。

從內(nèi)華達(dá)吹來的圣安娜風(fēng)向南流動(dòng)的過程中，會(huì)經(jīng)過莫哈韋沙漠。沙漠上空的空氣會(huì)讓風(fēng)溫度上升，相對(duì)濕度下降，很快就變成極為干燥的風(fēng)或空氣。等到達(dá)洛杉磯附近時(shí)，這股氣流已經(jīng)變成干燥且劇烈的大風(fēng)。北加州的大惡魔風(fēng)成因和圣安娜風(fēng)幾乎相同，只是方向和成分不太一樣。

大惡魔風(fēng)在向北加州灣區(qū)進(jìn)發(fā)途中，雖然不會(huì)經(jīng)過沙漠地形，但會(huì)翻越兩次山脈，第一次是從大盆地翻越山脈抵達(dá)中央谷地，第二次是從谷地翻越山脈抵達(dá)灣區(qū)。這兩次翻越高山的過程會(huì)對(duì)空氣產(chǎn)生一些熱力學(xué)作用，使之溫度升高、濕度下降，和經(jīng)過沙漠的效果類似。

火源

火源是發(fā)生野火的主導(dǎo)因素。有報(bào)道稱，有相當(dāng)大比例的加州野火都是人為點(diǎn)燃，包括進(jìn)山人員丟棄的煙頭，宿營地未能熄滅的篝火，以及電力事故等。加州的人口增長帶來了城市擴(kuò)張，而城市科學(xué)規(guī)劃的速度，遠(yuǎn)跟不上過快的城市擴(kuò)張速度，沿著城市邊緣，大量住宅區(qū)被建在林區(qū)。根據(jù)聯(lián)邦緊急事務(wù)管理署本世紀(jì)初的一份統(tǒng)計(jì)，加州38%的新建住宅是建造在這類地區(qū)。很多原本不適合居住的山地也都蓋了房子，由于新建住宅區(qū)相對(duì)密集，且臨近野火發(fā)源地，增加了人為引發(fā)野火的可能性，人為造成的火災(zāi)越來越多，包括電線短路，煙花篝火等，給火源管理造成很大困難。

綜上所述，由于一些人為因素與自然條件的疊加，才使南加州野火變得如此可怕，星星之火很容易變成一片火海，造成的經(jīng)濟(jì)損失難以估量。

大樹急速減少

由于對(duì)自然無限度的索取和侵略，加州的自然生態(tài)平衡已被嚴(yán)重破壞，其中能夠抗住野火侵?jǐn)_的大樹在急速減少。2015年1月20日，《美國國家科學(xué)院》院刊曾報(bào)道，從上世紀(jì)30年代至今，加州的大樹已經(jīng)喪失了一半之多：加州的森林或草地中直徑超過60cm的大樹已經(jīng)減少50%，即12萬km2左右。從北部沿海內(nèi)華達(dá)山脈，到洛杉磯附近的圣蓋博谷（San Gabrielsvally），沒有哪個(gè)地區(qū)能幸免于難。在內(nèi)華達(dá)山脈的高地地區(qū)，大樹數(shù)量減少超過55%，加州南部的一些地方，數(shù)量減少甚至接近75%。以往加州廣泛推廣種植未來會(huì)長到直徑30～60cm之間的樹苗。但是，這一措施同時(shí)也讓加州森林或草地長滿了與大樹競爭資源的小樹苗，而這些小樹苗在頻繁的火災(zāi)中極易死亡，造成野火毫無阻擋地蔓延。

森林航空消防的作用與發(fā)展歷程

森林航空消防是由有人駕駛飛機(jī)和無人機(jī)攜帶水或化學(xué)滅火劑（含阻燃劑），飛往森林起火區(qū)，執(zhí)行噴灑投放滅火、空中監(jiān)視和指揮調(diào)度等任務(wù)。

森林航空消防是利用航空器對(duì)森林進(jìn)行火災(zāi)巡查、探測(cè)、監(jiān)視和撲救，其研究對(duì)象是航空器森林消防應(yīng)用技術(shù)，包括如何利用航空器執(zhí)行有效的林火探測(cè)、林火撲救和其他相關(guān)任務(wù)。廣義概念中，森林航空消防是應(yīng)急救援的一部分，后者涵蓋了自然災(zāi)害救援、人為事故災(zāi)難救援、公共衛(wèi)生災(zāi)害救援和公共安全災(zāi)害救援四大類，而森林火災(zāi)則屬于自然災(zāi)害范疇。應(yīng)急救援作業(yè)范圍廣，救援速度快，執(zhí)行能力強(qiáng)，在各類救援中體現(xiàn)出良好的效果。

森林航空消防任務(wù)

森林航空消防任務(wù)主要包括巡邏監(jiān)視、火情偵察、空中指揮與調(diào)度、灑水或拋撒化學(xué)滅火劑（含阻燃劑）滅火、開設(shè)隔離帶、機(jī)降索降滅火、傘降滅火、人工降雨、點(diǎn)燒防火線、火場(chǎng)急救、運(yùn)送救火物資以及火場(chǎng)服務(wù)、火場(chǎng)信息采集，包括火場(chǎng)位置、火場(chǎng)圖、天氣條件、森林植被情況、火場(chǎng)面積等信息。

森林航空消防滅火方法

森林消防滅火主要采用兩種滅火劑，一種是普通水，另外一種是專用、含阻燃劑的化學(xué)滅火劑。前者是從火場(chǎng)附近的江河湖泊中取水，裝入航空器內(nèi)置消防水箱或外掛吊桶，從空中向火場(chǎng)直接噴撒實(shí)施救火，如圖2所示，該方法價(jià)格低廉，取用隨意，使用方便；后者則是利用事先調(diào)配好的專用化學(xué)藥劑，具體噴灑方法和灑水類似如圖3所示，不過因?yàn)槭菍Ｓ没瘜W(xué)藥劑，滅火效果更佳，飛機(jī)后續(xù)清理方便，但成本較高。

圖2 直升機(jī)外掛吊桶灑水滅火。

圖3 有人駕駛固定翼飛機(jī)拋撒滅火劑。

通常森林航空消防使用的滅火劑是一種紅色液體，成分為85%的水、10%的化學(xué)阻燃成分和5%的其他成分，包括紅色染色劑、防腐劑、增稠劑、穩(wěn)定劑、殺菌劑和流動(dòng)性調(diào)節(jié)劑。因此，即便在高溫情況下，滅火劑的水分全部蒸發(fā)，剩下的阻燃成分依然能起到控制火勢(shì)的作用。一般情況下，阻燃劑的作用可以持續(xù)幾天甚至一周以上。此外，滅火劑的化學(xué)成分符合無毒無害的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)對(duì)森林環(huán)境產(chǎn)生污染。

森林航空消防的特點(diǎn)

（1）機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、不受地形限制

飛機(jī)飛行速度快，能快速飛抵崇山峻嶺、人跡罕至的森林火災(zāi)（野火）現(xiàn)場(chǎng)，采用空中灑水或噴撒滅火劑的方法進(jìn)行滅火。

（2）載重大、能力強(qiáng)

采用大型有人機(jī)執(zhí)行森林航空消防任務(wù)，其運(yùn)載能力大，一次飛行攜帶的滅火劑或水可以撲滅較大區(qū)域的火災(zāi)，或者劃出防火隔離帶。

（3）快速空運(yùn)人員和設(shè)備

在森林火災(zāi)早期，用最快的速度把一小隊(duì)消防員及其幾天的生活物資和滅火用品，空投到人跡罕至的火災(zāi)點(diǎn)，盡量把火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)。

森林航空消防的發(fā)展歷程

森林航空消防是預(yù)防和撲救森林火災(zāi)的重要手段，在保護(hù)森林資源、維護(hù)生態(tài)平衡中發(fā)揮著重要作用。森林航空消防技術(shù)發(fā)展歷程，大致可分為兩個(gè)階段。

（1）第一階段是有人機(jī)時(shí)代

森林航空消防發(fā)展的第一階段是有人機(jī)時(shí)代，即沒有使用無人機(jī)。這一階段始于1915年，至今已經(jīng)歷100多年，其主要特征是，由于消防無人機(jī)尚未問世，因此采用的航空器是清一色的有人機(jī)，包括固定翼飛機(jī)和直升機(jī)兩大類。

1915年8月美國華盛頓州林務(wù)局第一次使用固定翼飛機(jī)巡查森林火災(zāi)（野火）；

1924年加拿大開始使用固定翼飛機(jī)監(jiān)視林火；

1931年前蘇聯(lián)組建了森林航空隊(duì)進(jìn)行護(hù)林防火，并于1932～1935年間開展航空護(hù)林防火的試點(diǎn)工作。這個(gè)階段是航空護(hù)林的初期，森林航空消防工作主要是使用固定翼飛機(jī)進(jìn)行森林巡護(hù)、監(jiān)視火情和及時(shí)報(bào)警。

20世紀(jì)50年代，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，為了給大批閑置的軍用飛機(jī)尋找出路，一些森林資源較豐富的國家開始將這些退役的軍用飛機(jī)改裝成森林消防飛機(jī)。只要對(duì)軍用飛機(jī)的設(shè)備稍作改動(dòng)，以及訓(xùn)練相關(guān)人員便可成為消防滅火飛機(jī)，直接應(yīng)用于森林資源保護(hù)，進(jìn)行航空護(hù)林和滅火。很快，這項(xiàng)技術(shù)被世界許多國家推廣，成為一股潮流。其中，傘降滅火是最先采取的航空滅火方法，隨后又發(fā)展出空中巡護(hù)、化學(xué)滅火、吊桶滅火、機(jī)降滅火、索降滅火、繩索滑降滅火、人工增雨等航空護(hù)林和滅火技術(shù)。

由于美國在森林滅火有人機(jī)技術(shù)研究和實(shí)踐方面起步最早，對(duì)有人機(jī)改裝、化學(xué)滅火劑，以及滅火彈等森林消防有人機(jī)技術(shù)進(jìn)行了較多研究和實(shí)踐。因此，美國森林消防有人機(jī)技術(shù)較為成熟?，F(xiàn)在美國森林航空消防的地位越來越高，作用越來越大，森林航空消防隊(duì)伍在森林防火事業(yè)中的作用發(fā)揮得越來越好，森林航空消防的地位和作用已得到社會(huì)廣泛認(rèn)可。

（2）第二階段為無人機(jī)+有人機(jī)時(shí)代

森林航空消防發(fā)展的第二階段是無人機(jī)+有人機(jī)時(shí)代，即使用無人機(jī)與有人機(jī)協(xié)同滅火。

采用有人機(jī)如固定翼飛機(jī)、直升機(jī)進(jìn)行森林火災(zāi)滅火效率不高。因?yàn)椋只鸪蔀?zāi)后，森林著火空間范圍極大，一般高度達(dá)到10～20m，火線沿前進(jìn)方向長度可達(dá)50m，溫度達(dá)900℃以上。為保證飛機(jī)駕駛員安全，滅火時(shí)飛機(jī)只能在距火場(chǎng)上空較高的高度作業(yè)，這就導(dǎo)致灑水或液體滅火劑的噴撒高度較高，水或液體滅火劑在降落過程中受火場(chǎng)上空強(qiáng)熱上升氣流的影響，一部分水或液體滅火劑在降落至火場(chǎng)的過程中受熱蒸發(fā)或被吹散到火場(chǎng)以外的區(qū)域，致使真正作用于林火燃燒現(xiàn)場(chǎng)的水或液體滅火劑的量較少，浪費(fèi)很大，所以滅火效率不高。

由于水或液體滅火劑利用率太低，導(dǎo)致有人機(jī)單架次飛行滅火成本相對(duì)較高。除此以外，與無人機(jī)相比，利用有人機(jī)撲滅野火最大的缺點(diǎn)是機(jī)動(dòng)靈活性差，難以在野火剛開始冒煙的萌芽階段實(shí)施滅火。因此，在當(dāng)前智能化時(shí)代，僅采用有人機(jī)作為森林航空滅火方法，很難成為一種常規(guī)滅火手段。

近年來，隨著專業(yè)消防無人機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，其在森林航空消防中的作用和地位日益顯現(xiàn)，下面闡述本方案的基本出發(fā)點(diǎn)。

首先，利用無人機(jī)優(yōu)異的機(jī)動(dòng)性、靈活性和安全性，采用消防無人機(jī)集群滅火方式，將野火消滅在萌芽狀態(tài)；

其次，一旦未能把野火消滅在萌芽狀態(tài)，野火開始蔓延，形成燎原大火時(shí)，應(yīng)采用消防無人機(jī)與消防有人機(jī)協(xié)同滅火方式，即消防無人機(jī)集群與消防有人機(jī)分工合作，協(xié)同作業(yè)撲滅野火。消防有人機(jī)利用運(yùn)載能力大的特點(diǎn)，從空中灑水或噴撒含有阻燃劑的化學(xué)滅火劑滅火，以及開展機(jī)降索降滅火、傘降滅火、火場(chǎng)急救、運(yùn)送救火物資等森林消防滅火工作。

方案核心內(nèi)容

本方案宗旨是，利用無人機(jī)開啟森林航空消防發(fā)展的第二階段，促使森林航空消防從有人機(jī)時(shí)代進(jìn)入無人機(jī)+有人機(jī)時(shí)代，即進(jìn)入森林航空消防智能化時(shí)代，從而改變有人機(jī)與森林火災(zāi)單打獨(dú)斗的被動(dòng)局面。利用無人機(jī)+有人機(jī)協(xié)同滅火，如蜂群一樣實(shí)施集群作戰(zhàn)，能極大提高森林消防滅火效率，最重要的是利用智能化技術(shù)，最大限度改善和提高消防人員安全。

圖4 噴灑滅火劑型多旋翼消防無人機(jī)。

圖5 發(fā)射滅火彈型多旋翼消防無人機(jī)。

本方案主要有以下兩項(xiàng)核心內(nèi)容，即使用無人機(jī)+有人機(jī)協(xié)同滅火和用山羊清除可燃物。

無人機(jī)+有人機(jī)協(xié)同滅火

針對(duì)加州野火災(zāi)害頻發(fā)現(xiàn)狀，開啟無人機(jī)與有人機(jī)協(xié)同滅火的新時(shí)代。

采用消防無人機(jī)與消防有人機(jī)協(xié)同作業(yè)，執(zhí)行護(hù)林和直接撲滅森林火災(zāi)（野火），能有效彌補(bǔ)有人機(jī)方法的不足。特別是無人機(jī)能勝任條件惡劣、高危環(huán)境下的各種危險(xiǎn)作業(yè)，如撲滅森林大火，能出色完成單調(diào)枯燥、時(shí)間長、強(qiáng)度大、重復(fù)性的艱苦任務(wù)，加上其結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、價(jià)格便宜，經(jīng)濟(jì)性好，以及執(zhí)行任務(wù)靈活，操控方便，消防人員只需經(jīng)過短期簡單培訓(xùn)，就能掌握操控方法和技術(shù)。除此以外，無人機(jī)具有自主或半自主飛行能力，消防人員使用無人機(jī)時(shí)，無需親臨火災(zāi)的高危著火點(diǎn)，具有優(yōu)異的安全性。

消防無人機(jī)定義

用于消防業(yè)務(wù)的無人機(jī)稱為消防無人機(jī)，其機(jī)型大多采用工業(yè)級(jí)旋翼無人機(jī)，按最大起飛重量可分為大、中、小三種類型。

消防無人機(jī)基本結(jié)構(gòu)

一套完整的消防無人機(jī)系統(tǒng)由無人機(jī)和地面控制站兩部分組成。其中，無人機(jī)包括自主飛行控制、機(jī)載滅火和動(dòng)力等系統(tǒng)；地面控制站包括操控和數(shù)據(jù)接收等系統(tǒng)。它采用集成化設(shè)計(jì)、智能化識(shí)別、精確制導(dǎo)等一系列高科技關(guān)鍵技術(shù)。

圖6 小型多旋翼消防無人機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

無人機(jī)最主要的特點(diǎn)是機(jī)上無人。正因?yàn)榇颂攸c(diǎn)，無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)時(shí)，勿需考慮飛行員生命安全，更不必考慮任務(wù)的危險(xiǎn)性，極大放寬了無人機(jī)使用要求。

旋翼無人機(jī)最大優(yōu)點(diǎn)是可以垂直起降，不需要專用跑道，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、不受地形限制、部署靈活方便，具有優(yōu)良的低空或超低空飛行性能，在執(zhí)行消防滅火任務(wù)時(shí)，可以全程低空或超低空飛行，不會(huì)對(duì)高空飛行的民航客機(jī)航線造成任何干擾。

消防無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)

消防無人機(jī)可有效解決地面消防工作人員無法到達(dá)偏遠(yuǎn)地區(qū)，執(zhí)行早期林火發(fā)現(xiàn)和撲滅難題；能準(zhǔn)確把握和及時(shí)了解重大森林火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)各種動(dòng)態(tài)信息，直接用于撲滅森林火災(zāi)；也可以解決有人機(jī)森林消防巡護(hù)無法夜航、或因煙霧造成的能見度降低無法飛行等問題。

消防無人機(jī)與有人機(jī)有許多不同之處，包括使用和功能上的差別，例如撲滅森林火災(zāi)工作。消防無人機(jī)可以搭載不同任務(wù)載荷在林區(qū)無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)各前端檢測(cè)點(diǎn)駐防，執(zhí)行空中巡查、火場(chǎng)偵察，以及從空中發(fā)射滅火彈、灑水或化學(xué)滅火劑撲滅林火見圖7等森林消防任務(wù)。消防無人機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，容易操控，消防員只要經(jīng)過短期培訓(xùn)就能掌握其操控方法，這與有人機(jī)駕駛員需經(jīng)過長期嚴(yán)格培養(yǎng)截然不同。

圖7 消防無人機(jī)執(zhí)行森林滅火任務(wù)。

一般森林火災(zāi)往往由不明顯的小火苗引起，且森林氣候復(fù)雜，雨霧或火焰產(chǎn)生的煙霧常會(huì)掩蓋初始火情。消防無人機(jī)搭載紅外熱成像儀能實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)視，不受光線影響，并具備穿透煙霧、雨霧的能力，有助于提前發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)初期煙霧、火苗或隱患，迅速定位真正著火點(diǎn)和確定火災(zāi)蔓延趨勢(shì)，減小森林火災(zāi)造成的危害。

眾所周知，在撲滅森林火災(zāi)及消防救援中，消防員經(jīng)常冒著極大風(fēng)險(xiǎn)撲滅野火并保護(hù)當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全。消防無人機(jī)的最大優(yōu)勢(shì)是提高消防人員作業(yè)安全性，消防人員遠(yuǎn)程操控?zé)o人機(jī)作業(yè)，遠(yuǎn)離森林火災(zāi)（野火）高危區(qū)域?qū)嵤┚然?，從而有效避免或極大減少林火對(duì)消防人員的傷害見圖8。

圖8 消防無人機(jī)作業(yè)實(shí)行人機(jī)分離，安全性好。

消防無人機(jī)不僅可以率先進(jìn)入火場(chǎng)獲取著火點(diǎn)、風(fēng)向、水源等現(xiàn)場(chǎng)信息，也給消防員提供了更全面的現(xiàn)場(chǎng)決策情報(bào)。避免消防滅火過程中可能出現(xiàn)的不必要風(fēng)險(xiǎn)，能更快速解救被困人員，提高撲滅野火、救援效率。

根據(jù)目前一些實(shí)際應(yīng)用效果，消防無人機(jī)作為現(xiàn)有森林消防手段的有力補(bǔ)充，已顯示出無法比擬的優(yōu)越性，可廣泛應(yīng)用于森林火災(zāi)巡查、監(jiān)視、撲滅、災(zāi)后評(píng)估等作業(yè)。

（未完待續(xù)）■