加州野火災害系統(tǒng)性消除方案（五）

符長青

本文詳細介紹無人機消防中心站和無人機消防管理指揮中心的目的、任務、人員、主要設備及建設費用。

無人機消防站的主要設備及維修工作

（1）無人機消防站的主要設備

1）奧斯本野火測量羅盤

奧斯本野火測量羅盤是一種定位野火的工具，可以360°轉動，盤面有目光可及區(qū)域的所有地形及周圍地形，以及標有地理位置的準確的經(jīng)緯度，如圖1所示。如果發(fā)生野火，消防員能第一時間測量出著火點準確位置。

圖1 奧斯本野火測量器顯示的起火點位置和地形圖。

除了采用測量儀器精確測量野火起火點位置外，有經(jīng)驗的消防員一般會根據(jù)自己觀察野火煙霧形態(tài)的實踐經(jīng)驗，大致判斷出野火起火位置。白天在晴天情況下，可從野火煙霧顏色、煙柱高度、空氣中的煙味等因素判斷火勢大小，從而確定具體起火點距離的遠近。不過要注意的事項是，火大容易將很遠的起火點誤認為就在近處；火小則容易將較近的起火點誤認為距離比較遠。

2）無人機消防車

每個無人機消防站需配備1輛無人機消防車及其他一些必備消防滅火設備和原材料，每輛無人機消防車車上裝載4架小型消防多旋翼無人機。

3）星鏈移動通信網(wǎng)絡系統(tǒng)

星鏈移動通信網(wǎng)絡系統(tǒng)是新一代移動互聯(lián)網(wǎng)，具有高速度、低時延、低功耗等特性，其時延已降到8ms量級，能為消防無人機飛行控制提供良好的無線通信支撐。

消防無人機無線通信信號的傳輸質量、效率、保密性、穩(wěn)定性等面臨極大考驗，尤其是在復雜地形和天氣條件下飛行，“星鏈+無人機”可以看作是最好的“搭檔”之一，能極大擴展消防無人機的作業(yè)范圍，發(fā)揮更大作用。

星鏈網(wǎng)絡支持消防無人機超高清視頻實時傳輸，保障消防無人機采集數(shù)據(jù)的時效性；還能滿足消防無人機遠程控制需求，無人機任務管理、飛行控制、航跡監(jiān)控等操作，都可以在遠程管控平臺完成。

小型消防無人機一般在低空執(zhí)行任務，可應用星鏈地面網(wǎng)絡，不再需要單獨為消防無人機建立網(wǎng)絡，節(jié)省了成本。在1000m以下高度，消防員借助星鏈移動互聯(lián)網(wǎng)對消防無人機進行控制，消防無人機可直接擺脫點對點地面控制系統(tǒng)，這意味利用全球范圍內的星鏈網(wǎng)絡覆蓋，消防無人機只需地面中繼站就能執(zhí)行任務。

星鏈網(wǎng)絡通信能力強大，足以滿足消防無人機廣泛連接需求。同時結合星鏈系統(tǒng)高精度定位能力，消防無人機在低電量時，能自動找到最近的充電平臺，解決當前消防無人機續(xù)航時間過短的問題。

星鏈網(wǎng)絡系統(tǒng)將彌補移動通信系統(tǒng)的盲區(qū)，在全球任何地方，特別是在地廣、人稀的偏遠地區(qū)，只要發(fā)生森林火災，消防無人機都能使用星鏈網(wǎng)絡執(zhí)行滅火任務。

4）消防無人機小修所必備的維修工具和設備

5）消防器材，滅火干粉，滅火彈等消防用原材料

（2）消防無人機維修

消防無人機維修一般分保養(yǎng)、中修和大修三級。

1）保養(yǎng)

保養(yǎng)是指為保持消防無人機性能而進行的日常維護保養(yǎng)、檢查和排除故障、調整和校正、機件更換及定期檢修等周期性工作，包括機體表面清洗、擦拭、通風、添加油液或潤滑劑、充氣等保養(yǎng)工作，是技術和資源要求最低的維修工作類型，一般由消防無人機使用單位即無人機消防站承擔。

2）中修

中修是指使用消防無人機的上級維修單位即無人機消防中心站及其委派的維修分隊，對無人機進行維修，它比無人機消防站有更強的維修能力，承擔使用單位所不能完成的維修工作。主要包括無人機機體結構中修，機載設備及零件中修、大修和損傷修理、一般改裝等，

3）大修

大修是指無人機修理機構擁有最強的維修能力，能夠執(zhí)行故障消防無人機所必要的任何修理工作。因此消防無人機的大修，技術復雜的改裝，事故修理，零備件制作等，都由，由無人機消防管理指揮中心或制造廠所承擔維修。

無人機消防站建設費用估算

（1）野火觀察站建筑費用15萬美元；

（2）兩套家屬宿舍建筑費用合計40萬美元；

（3）奧斯本野火測量羅盤1臺，費用1萬美元；

（4）無人機消防車1輛，費用25萬美元；

（5）小型多旋翼消防無人機4架，每架40萬美元，費用合計40×4=160萬美元；

（6）維修工具和設備，費用3萬美元；

（7）消防器材，滅火干粉，滅火彈等，費用10萬美元；

（8）不可預知費用10萬美元；

每個無人機消防站建設總費用預計264萬美元。

960個無人機消防站建設總費用預計25.344億萬美元。

無人機消防中心站建立

建立無人機消防中心站的目的

由加州無人機消防組織架構體系可知，1000個無人機消防站，劃分為南北兩個大組，每個大組又劃分為20個小組，每個小組由地理位置相鄰的25個無人機消防站組成，其中1個被任命為無人機消防中心站，總共有40個無人機消防中心站，無人機消防中心站除了完成本職野火觀察和撲滅任務外，還要承擔24個下屬無人機消防站的組織管理、任務協(xié)調和設備維護、維修工作及其他副業(yè)任務。

無人機消防中心站的任務

無人機消防中心站的任務分為兩大類，一類是主業(yè)即主要、最重要的消防任務，另一類是副業(yè)。

（1）主業(yè)

首先無人機消防中心站是一個無人機消防站，因此要具備完成一個無人機消防站全部工作任務的能力，包括在山頂建筑一個觀察小屋，在秋冬野火頻發(fā)季節(jié)，由消防員輪班日夜駐守，每日編寫觀察日記。一旦發(fā)現(xiàn)火情，或者收到下級無人機消防站火情發(fā)現(xiàn)報告，要第一時間通報上級無人機消防管理指揮中心，并保持上、下級單位之間通暢的無線通信聯(lián)絡。與此同時，無人機消防員都需取得無人機操控員資格證書，能夠在發(fā)生火災時熟練操控消防無人機起飛，并迅速飛到起火點上空，及時將起火點現(xiàn)場視頻實時回傳，爭分奪秒將野火消滅在初發(fā)階段。另外，作為消防中心站，它還要對下屬24個無人機消防站實施組織領導、統(tǒng)一指揮、協(xié)調管理及設備維修等工作。

（2）副業(yè)

除主業(yè)以外，無人機消防中心站的任務還有副業(yè)，副業(yè)是在不影響主業(yè)任務完成的前提下，圍繞“消除野火災害，保衛(wèi)加州安全”主題，因地制宜開展的一些項目建設，主要包括以下幾方面。

1）旅游勝地建設

觀光旅游業(yè)的發(fā)展必須依賴于一定的旅游資源。旅游資源雖包羅萬象，但無外乎自然資源和人文資源兩類。在美國眾多旅游勝地中，有的以自然資源為特色，有的以人文資源為特色。實際上，隨著人們思維方式和審美觀的改變，現(xiàn)在和未來，自然資源已經(jīng)成為最具魅力的旅游優(yōu)勢資源。由于無人機消防中心站所處的森林位置，能體現(xiàn)生態(tài)、綠色、人與自然、度假、文化、吸氧、遠足等未來旅游業(yè)主題，因此充分利用這一良好的自然生態(tài)環(huán)境，附帶將40個無人機消防中心站打造成各具不同特色的遠足、登山、野營、森林吸氧、綠色休假的旅游勝地，在非野火頻發(fā)季節(jié)，向廣大旅游愛好者開放。

2）消防安全教育基地建設

為了開展消防安全宣傳教育工作，消防安全教育基地一般都有火災案例、消防標識、隱患排查、模擬滅火等展示區(qū)和模擬場景區(qū)，其中模擬場景區(qū)能最大限度還原火場實況，參觀者可以在此親身體驗隔空互動，煙霧逃生，安全用電，消防滅火，模擬醉駕，知識搶答，模擬地震，結繩訓練等展項，以增強教育、宣傳效果。消防安全教育基地作為消防安全公益課堂，在非野火頻發(fā)季節(jié)可以邀請學生和市民參觀與學習，將消防安全意識深入到千家萬戶。無論孩子還是成年人，都能從中學到消防安全知識，并體驗火災火情危險，從而達到寓教于樂、宣教入心的良好效果。

3）消除加州野火災害的專業(yè)科研基地建設

無人機消防中心站可充分利用身處對抗加州野火最前線的有利條件，建立野火專業(yè)科研基地，培養(yǎng)一批從事消防與消除野火災害的高水平專業(yè)人才，在解決加州野火頻發(fā)、災害事故突出問題中充分發(fā)揮技術骨干作用。研究課題包括野火發(fā)生的過程、熱傳播形式和火災強度等加州野火形成機制，野火蔓延特征和環(huán)境、氣候和人類活動等影響野火蔓延的主要因素，以及火災模擬或重構、火災燃燒實驗、阻燃機理與物證鑒定等關鍵技術。

4）山羊良種培育基地建設

無人機消防中心站除需采用山羊清除可燃物這種高效環(huán)保方法外，還要大力推廣普及這種好方法。要把無人機消防中心站建設成山羊良種培育基地，培育和飼養(yǎng)幾百只良種山羊。另外，40個無人機消防中心站都要成立一支自己的專業(yè)山羊放牧隊，按計劃將山羊群運往需要清除易燃植被的地方放牧，以便將易燃植被清除干凈，阻斷野火可能蔓延的路徑。

要建立山羊認領制度，號召全加州或全美國、全世界民眾，特別是學生和小朋友到專業(yè)山羊放牧隊，或通過計算機、手機認領1只或多只山羊。認領人要與專業(yè)山羊放牧隊簽訂領養(yǎng)協(xié)議，在交納認領費之后，其認領的山羊主權歸認領人所有。認領人可以將山羊帶回家自己飼養(yǎng)，也可以將其留下，委托專業(yè)山羊放牧隊代為飼養(yǎng)，但每年要交納飼養(yǎng)代理費。代飼養(yǎng)期間，飼養(yǎng)員要定期如每月，用電子郵件或手機視頻向委托人報告代飼養(yǎng)山羊的生活和啃食易燃植被情況。委托人可以隨時去代為飼養(yǎng)的地方看望自己認領的山羊，或者將其帶回家自己飼養(yǎng)幾天后再送回來，或不送回來。另外，有一點值得注意的是，當原先的灌木或荒草被山羊啃食干凈后，必須盡快種上抗火樹苗，以防止第二年春天易燃灌木或荒草卷土重來。

5）抗火樹種培育基地建設

具有耐火性和阻火性的樹種稱為抗火樹種。抗火樹種須符合阻火、適生、無害、有經(jīng)濟價值等條件，并具備枝葉茂密、含水量大、含油脂少、不易燃燒、耐火性強等特性；下層林木應耐潮濕，與上層林木種間關系相適應；生長迅速、郁閉快、適應性強、萌芽力高；無病蟲害寄生和傳播等。植物防火林是預防野火蔓延、控制大面積森林火災的有效阻隔，其作用不僅是由于選用樹種不易燃燒，而且抗火林帶可以形成林帶內小環(huán)境，不利于森林火災發(fā)生與蔓延。

圖2 改裝后的中型消防無人直升機吊桶取水。

因此，無人機消防中心站要建設成抗火樹種栽培基地，通過對加州主要森林樹種進行野外調查采樣，測定采集樹木樣本的含水量和熱值，結合樹種生物學特性、生態(tài)學特性篩選出適合加州地區(qū)的抗火樹種。通過選種，培育抗火性很強、涵養(yǎng)水源能力強．葉片含水量高等特點的樹種，提供給居民植樹造林。另外，40個無人機消防中心站都要成立一支自己的專業(yè)植樹造林隊，按規(guī)劃在荒山禿嶺上植樹造林，播撒抗火樹種及栽種抗火樹苗，綠化荒山，改善加州生態(tài)環(huán)境。特別是當專業(yè)放牧隊的山羊清理出一塊荒地后，植樹造林隊要及時跟進，在荒地上栽種一片抗火樹苗，讓抗火樹林的綠色逐漸覆蓋加州大地。

無人機消防中心站的人員安排

無人機消防中心站的人員分為兩部分，其中負責主業(yè)工作的4名消防員一般不參與副業(yè)工作，但可攜帶家屬，他們常年累月地駐守在無人機消防中心站，只負責發(fā)現(xiàn)和及時撲滅野火苗頭，與森林消防安全、植樹造林等直接相關的主業(yè)工作，以及包括下屬24家無人機消防站的管理工作。因此，每個無人機消防中心站需至少建設4套家屬宿舍，供4位消防員及其家屬居住。

無人機消防中心站的副業(yè)與主業(yè)需被明確區(qū)分開。副業(yè)是無人機消防中心站的附帶任務，雖然是很重要的工作，意義重大，但在秋冬野火頻發(fā)季節(jié)，它要讓位于主業(yè)，通常要關閉一段時間。另外，副業(yè)一般都是大型工程項目或經(jīng)營項目，首先要有項目規(guī)劃書，在項目規(guī)劃書獲得政府部門審批后，還需要經(jīng)過招投標確定其承包企業(yè)，因此副業(yè)工作人員由承包企業(yè)負責安排，其工作任務和生活設施都不歸無人機消防中心站管理，由上一級單位無人機消防管理指揮中心管理，該中心于副業(yè)承包企業(yè)簽訂承包合同，類似于租房協(xié)議中業(yè)主與租戶之間的關系。

無人機消防中心站主業(yè)所需設備

無人機消防中心站主業(yè)所需設備有以下幾種，不包括副業(yè)涉及的設備。

（1）奧斯本野火測量羅盤

（2）無人機消防車

每個無人機消防中心站要配備3輛無人機消防車及其他一些必備消防滅火設備和原材料，一輛C型無人機消防車裝載4架小型消防電動多旋翼無人機，兩輛A型無人機消防車，每輛車裝載1架中型消防旋翼無人機，總共2架；

（3）星鏈通信網(wǎng)絡系統(tǒng)

（4）消防無人機中修所必備的維修工具和設備

（5）消防器材，滅火干粉，滅火彈等消防用原材料

（6）無人機消防中心站建設需考慮方便中型消防旋翼無人機使用吊桶取水的需求

有條件的地方可以利用附近天然河流、湖泊作為消防無人機的取水點。在缺水地區(qū)，如果無人機消防中心站附近無合適的天然取水點，就要專門建造一個大型蓄水池，供中型消防旋翼無人機取水使用。由于無人機消防中心站所處的地理位置不同，建造一個大型的蓄水池所需的費用差別很大，因此在此方案中未將其建設費用列入其中。

無人機消防中心站的主業(yè)建設費用估算

（1）野火觀察站建筑費用15萬美元；

（2）4套家屬宿舍建筑費用合計80萬美元；

（3）奧斯本野火測量羅盤1臺，費用1萬美元；

（4）無人機消防車3輛，每輛25萬美元，費用合計25×3=75萬美元；

（5）小型消防多旋翼無人機4架，每架40萬美元，費用合計40×4=160萬美元；

（6）中型消防旋翼無人機2架，每架50萬美元，費用合計50×2=100萬美元；

（7）維修工具和設備，費用10萬美元；

（8）消防器材，滅火干粉，滅火彈等，費用15萬美元；

（9）不可預知費用15萬美元；

每個無人機消防中心站建設總費用預計471萬美元。

40個無人機消防中心站建設總費用預計18840萬美元。

無人機消防管理指揮中心建立

無人機消防管理指揮中心的目的

由加州無人機消防組織架構體系可知，南加州和北加州分別建立一個無人機消防管理指揮中心，作為消除野火災害，保衛(wèi)加州安全任務的“大腦”，2個無人機消防管理指揮中心負責管理指揮各自下屬的20個無人機消防中心站和480個無人機消防站，以及承擔消防無人機的大修任務。

無人機消防管理指揮中心的協(xié)調指揮大廳安裝有大尺寸顯示屏幕和數(shù)十臺小尺寸顯示器詳見圖3，可以實時顯示下屬各個無人機消防中心站及無人機消防站的活動情況，包括野火起火點冒出的煙霧、野火蔓延燃燒及消防無人機撲滅野火的現(xiàn)場圖像、視頻等。

圖3 無人機消防管理指揮中心的顯示屏幕。

無人機消防管理指揮中心的主要職責

在加州南北兩個區(qū)域分別建立兩個無人機消防管理指揮中心，在加州消防局領導下，負責各自區(qū)域森林防火監(jiān)督和管理工作，承擔各自區(qū)域森林消防管理指揮機構的日常工作。

主要職責是負責下屬無人機消防中心站及消防站的日常管理工作、區(qū)域森林防火工作和森林滅火工作，以及協(xié)調有關部門解決森林防火中的問題。除負責指揮管理下屬各個無人機消防中心站及無人機消防站外，無人機消防管理指揮中心還要采用可裝載2t及以上的水或滅火劑的大型消防無人機，直接參與較大野火撲滅行動。

野火無線遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

無人機消防管理指揮中心的設備主要野火無線遠程視頻監(jiān)控和計算機監(jiān)管分析兩大系統(tǒng)。其中野火無線遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設備主要由應用服務器、客戶端、存儲設備、解碼設備、網(wǎng)絡交換機、防火墻、大屏顯示器等設備組成。為保障前端系統(tǒng)的監(jiān)控質量，系統(tǒng)需具備完善的機房基礎保障和先進的網(wǎng)絡設備、豐富的網(wǎng)絡帶寬和光纖資源；為保障平臺穩(wěn)定運行，系統(tǒng)網(wǎng)絡采取雙網(wǎng)配置，所有設備都冗余配置在兩個不同網(wǎng)絡中，如圖4所示。

（1）服務器

主站系統(tǒng)的服務器可以分布式部署、獨立運行，各服務器可以支持應用冗余方式進行配置和在線擴充，具備彼此間應用服務器接管能力。主要服務器包括中心管理服務器、流媒體服務器、級聯(lián)服務器、存儲管理服務器等。其他軟件模塊可安裝在這些服務器實現(xiàn)功能。

服務器統(tǒng)一采用PC服務器；服務器應具備多CPU系統(tǒng)、高帶寬系統(tǒng)總線、I/O總線，具有高速運算和聯(lián)機事務處理（OLTP）能力，具備集群技術和系統(tǒng)容錯能力；服務器應支持雙路獨立電源輸入，采用機架式安裝。

1）管理服務器

管理服務器是野火無線遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心單元，應實現(xiàn)前端設備、后端設備、各單元的信令轉發(fā)及控制處理，報警信息接受和處理，以及業(yè)務支撐信息管理，同時也需要提供用戶認證、授權業(yè)務以及提供網(wǎng)絡設備管理的應用支持，包括配置管理、安全管理、計費管理、故障管理、性能管理等；

2）流媒體服務器

流媒體服務器是無人機消防管理指揮中心計算機網(wǎng)絡主站的媒體處理單元，實現(xiàn)客戶端對音視頻的請求、接受、分發(fā)。流媒體服務器僅接受本域管理服務器的管轄，在管理服務器的控制下為用戶或其他域提供服務；

流媒體服務器可實現(xiàn)集群部署，可實現(xiàn)分布式部署，即可向前端或其他流媒體服務器發(fā)起會話請求，也可以接受客戶端設備或其他流媒體服務器的會話請求。流媒體服務器能接受并緩存媒體流，進行媒體流分發(fā)，將一路音視頻流復制成多路。

3）級聯(lián)服務器

級聯(lián)服務器主要用于平臺與平臺之間的互聯(lián)互通，它將本平臺需要向其他平臺傳輸?shù)男帕?、音視頻流轉換成標準協(xié)議，發(fā)往其他平臺的通信服務器，同時將收到的采用標準協(xié)議的信令、音視頻流，轉換成本平臺所能解析的協(xié)議語言，送往其他服務器進行分析操作，由此實現(xiàn)平臺與平臺之間的互聯(lián)互通；

4）存儲服務器

存儲服務器是網(wǎng)絡存儲的管理者，集中配置以海量存儲方式實現(xiàn)錄像計劃，并按計劃執(zhí)行錄像任務。存儲管理服務器通過虛擬存儲管理技術，支持DAS、NAS、IP-SAN各種存儲設備；支持集中存儲管理模式，也支持站端控制主機分布式存儲方式；支持PB級海量音視頻數(shù)據(jù)存儲、快速檢索；支持靈活的備份策略；支持數(shù)據(jù)自動修復技術，數(shù)據(jù)補錄，支持報警集中存儲和重要事件集中備份管理。

（2）客戶端

1）配置客戶端

負責平臺內部的大屏幕配置、權限管理、錄像管理、告警管理、安全管理、電子地圖管理、模擬量數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫管理、系統(tǒng)管理及系統(tǒng)前端攝像機、燈光等系統(tǒng)進行配置管理；

2）監(jiān)控客戶端

監(jiān)控客戶端負責對前端攝像機視頻和錄像信息進行查看，并負責電子地圖管理，模擬量數(shù)據(jù)實時曲線瀏覽和歷史數(shù)據(jù)檢閱，以及獲取和控制攝像機、燈光等系統(tǒng)信息。

（3）存儲設備

野火無線遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)需通過數(shù)據(jù)庫進行管理，采用基于IP以太網(wǎng)絡的SAN存儲架構，存儲方式靈活，實現(xiàn)存儲網(wǎng)絡與應用網(wǎng)絡無縫連接，并提供優(yōu)良的遠程數(shù)據(jù)復制和容災特性，易于擴展，當需要增加存儲空間時，只需增加存儲設備即可完全滿足。

（4）防火墻

防火墻是一種計算機硬件和軟件的結合，使內部網(wǎng)和外部網(wǎng)之間、專用網(wǎng)與公共網(wǎng)之間建立起一個安全網(wǎng)關（Security Gateway），從而保護內部網(wǎng)或專用網(wǎng)，使其免受非法用戶的侵入，防火墻主要由服務訪問規(guī)則、驗證工具、包過濾和應用網(wǎng)關4部分組成。

（5）軟件架構

軟件基礎框架采用面向服務的SOA軟件架構。以松散耦合的方式公開業(yè)務服務，更易于集成和管理復雜性、更快地整合現(xiàn)有系統(tǒng)；通過良好的分層結構，統(tǒng)一的接口服務，可以有效減少服務督察平臺的復雜度。軟件架構層次如圖5所示，主要分為以下幾個層級。

圖5 野火無線遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件架構層級圖。

1.基礎開發(fā)平臺

基礎開發(fā)平臺對操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、安全加密、多媒體協(xié)議進行封裝，屏蔽差異，實現(xiàn)上層應用平臺的無關性，提高開發(fā)效率和系統(tǒng)兼容性；

2）平臺服務

平臺服務層提供中心管理、認證授權、校時服務、流媒體服務、存儲服務、網(wǎng)絡管理、報警管理等通用服務外，并提供電信級系統(tǒng)必須具備的負載均衡、雙機熱備等服務；

3）業(yè)務邏輯子系統(tǒng)

通過常用業(yè)務的歸納、封裝，這層系統(tǒng)提供視頻、報警、智能、對講、電子地圖等監(jiān)控安防業(yè)務，方便應用層調用；

4）應用系統(tǒng)

基于WEB技術的B/S客戶端，最大程度滿足不同場合下的需要。

（未完待續(xù)）