森林滅火實(shí)戰(zhàn)中無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用分析

劉慶新

摘 要：森林由于面積較大，一旦發(fā)生火災(zāi)，其過火面積較大且蔓延速度較快，撲救難度較大，給森林造成嚴(yán)重?fù)p失。而隨著我國(guó)消防滅火救援水平的不斷提升，無人機(jī)在森林滅火實(shí)戰(zhàn)中應(yīng)用普及率也得到了較大程度上的提升。無人機(jī)由于具有較大的靈活性和機(jī)動(dòng)性，飛行范圍較廣，不僅可為地面撲救人員提供偵查數(shù)據(jù)，更可掛載相關(guān)設(shè)備來協(xié)同滅火，應(yīng)用前景十分廣泛。本文分析無人機(jī)在森林滅火實(shí)戰(zhàn)中的技術(shù)需求，并指出無人機(jī)在森林滅火實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用中存在的問題，并針對(duì)問題提出優(yōu)化對(duì)策，以期為今后開展相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：森林滅火實(shí)戰(zhàn);無人機(jī)技術(shù);應(yīng)用策略

引言：近年來，我國(guó)發(fā)生森林火災(zāi)的頻次相較從前來說有了較大程度上的提升，在撲救上所投入的人力和物力也在不斷增加，給林區(qū)附近居民生活和生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響，更降低了森林的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。傳統(tǒng)森林滅火實(shí)戰(zhàn)中，由于受到技術(shù)水平的影響，在滅火方式上較為傳統(tǒng)，也無法及時(shí)對(duì)火災(zāi)發(fā)生情況進(jìn)行偵查，并且偵查成本較高，這也使得其普及率和技術(shù)水平均不高。而在無人機(jī)出現(xiàn)之后，其由于成本較低且靈活性較強(qiáng)，被廣泛運(yùn)用到森林滅火實(shí)戰(zhàn)中，并取得了較好的效果。

一、無人機(jī)在森林滅火實(shí)戰(zhàn)中的技術(shù)需求

1.基本要素

無人機(jī)在開展森林滅火實(shí)戰(zhàn)的過程中，其在基本要素上包括監(jiān)測(cè)潛在火源、警報(bào)觸發(fā)以及對(duì)于火災(zāi)進(jìn)行初步評(píng)估以及制定出應(yīng)急預(yù)案的監(jiān)測(cè)功能。并對(duì)火災(zāi)的位置進(jìn)行定位，對(duì)其蔓延范圍進(jìn)行追蹤并追蹤火勢(shì)變化的診斷功能;并根據(jù)火災(zāi)撲救實(shí)時(shí)情況以及風(fēng)向來對(duì)火災(zāi)未來走向進(jìn)行預(yù)測(cè)的推算功能。而這些功能在一個(gè)無人機(jī)或者多個(gè)攜帶有不同傳感器的無人機(jī)和地面控制站配合上即可實(shí)現(xiàn)。其目的在于利用無人機(jī)對(duì)火勢(shì)進(jìn)行追蹤，并為救援人員提供偵查數(shù)據(jù)，并利用無人機(jī)來對(duì)火勢(shì)發(fā)生情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，還可利用無人機(jī)掛載相關(guān)設(shè)備來協(xié)助滅火[1]。

在將無人機(jī)運(yùn)用到森林滅火實(shí)戰(zhàn)的過程中，其所承擔(dān)的滅火任務(wù)一般分為火災(zāi)搜索、確認(rèn)以及觀察三個(gè)階段。在利用無人機(jī)開展火災(zāi)搜索的過程中，地面控制站可根據(jù)當(dāng)下火勢(shì)的變化以及無人機(jī)在類型和功能上的不同，合理分配不同的無人機(jī)所需承擔(dān)的任務(wù)，并為無人機(jī)制定飛行計(jì)劃，安排無人機(jī)依照飛行計(jì)劃來進(jìn)行巡視監(jiān)測(cè)。與此同時(shí)，還可在無人機(jī)上掛載紅外攝像機(jī)以及實(shí)時(shí)視頻設(shè)備等傳感器設(shè)備，可用來進(jìn)行火情的自動(dòng)識(shí)別。而在這一過程中，地面控制站可要求無人機(jī)在安全距離上進(jìn)行懸停，在確認(rèn)火情之后，即進(jìn)入到火情的觀察階段。若井確認(rèn)之后沒有發(fā)現(xiàn)火情，即重新恢復(fù)到火情搜索階段。而在火情觀察階段，無人機(jī)可將與火災(zāi)相關(guān)的信息利用數(shù)據(jù)參數(shù)或者同步圖像的方式來回傳到地面控制站的工作人員以及滅火救援人員，便于工作人員靈活調(diào)整滅火救援計(jì)劃[2]。

從技術(shù)要求來看，無人機(jī)在這一過程中借助于其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)以及預(yù)測(cè)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。從具體的因素來看，其包括各類傳感器，如全球定位系統(tǒng)、攝像頭以及慣性測(cè)量單元;可用來進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)控、火情檢測(cè)、火情診斷以及火災(zāi)推算的特定算法和策略;可安裝在單個(gè)無人機(jī)或者多個(gè)無人機(jī)的控制系統(tǒng)、定位系統(tǒng)以及部署系統(tǒng);無人機(jī)機(jī)隊(duì)的協(xié)同定位系統(tǒng)、部署系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)，來更好的覆蓋過火區(qū)域;還包括地面控制站以及地面控制站的數(shù)據(jù)接收設(shè)備以及數(shù)據(jù)處理設(shè)備[3]。

2.技術(shù)要求

在將無人機(jī)運(yùn)用到森林滅火實(shí)戰(zhàn)的過程中，為最大限度的發(fā)揮其積極作用，除以上基本要素之外，還需具備特定的技術(shù)要求。例如在一些規(guī)模較大的森林火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)中，由于過火面積較大，涉及到的因素也較多，例如風(fēng)向、煙氣以及溫濕度等。針對(duì)于此，無人機(jī)在應(yīng)用時(shí)還需滿足極端環(huán)境下的應(yīng)用需求，首先為抗風(fēng)能力，在無人機(jī)在火場(chǎng)附近進(jìn)行航行時(shí)，由于瞬時(shí)風(fēng)速可達(dá)到6級(jí)，這也使得無人機(jī)的抗風(fēng)性能需在6級(jí)之上。其次為防煙性能，由于在火災(zāi)發(fā)生時(shí)煙霧較大，這也使得無人機(jī)還需具備強(qiáng)大的防煙能力以及防水能力。第三為紅外測(cè)溫功能，由于火災(zāi)具有較強(qiáng)的不可預(yù)測(cè)性，對(duì)于無人機(jī)來說，還需掛載具有紅外攝像機(jī)功能的監(jiān)視攝像機(jī)，并掛載輔助光源。第四為無人機(jī)的可操作性，當(dāng)無人機(jī)的巡航速度恒定在每小時(shí)18公里時(shí)，其工作范圍可在2公里之內(nèi)，所需時(shí)間為半個(gè)小時(shí)左右。無人機(jī)在半個(gè)小時(shí)之內(nèi)的電量耐久度需高于單組充電電池的平均值，并且可實(shí)現(xiàn)持續(xù)航道監(jiān)測(cè)，兩次檢查之間的間隔需在15分鐘之內(nèi)。與此同時(shí)，在無人機(jī)的飛行高度上，一般在300米之下即可滿足偵查要求。第五為兼容模式，在將無人機(jī)運(yùn)用到森林滅火實(shí)戰(zhàn)中，由于森林火災(zāi)相較于普通的火災(zāi)來說具有較大的特殊性，這也使得其在應(yīng)用無人機(jī)時(shí)，無人機(jī)除常規(guī)功能之外，還需對(duì)功能進(jìn)行拓展，并具有良好的兼容性以及集成性。針對(duì)于此，為保障無人機(jī)正常使用，無人機(jī)需跟對(duì)消防車到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，由救援人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)部署。若火情較為復(fù)雜，需及時(shí)在無人機(jī)上進(jìn)行設(shè)備的掛載。但由于無人機(jī)的負(fù)荷量有限，在掛載系統(tǒng)時(shí)重量需在50公斤之內(nèi)。與此同時(shí)，若無人機(jī)除傳輸信息之外，還需進(jìn)行溫度測(cè)量或者激光測(cè)距時(shí)，也對(duì)無人機(jī)的兼容性和集成性提出了更高要求。第六為系統(tǒng)性，由于無人機(jī)在操作上對(duì)于操作人員具有一定的要求，需在應(yīng)用無人機(jī)之前，對(duì)于操作人員及時(shí)開展培訓(xùn)，并完善培訓(xùn)體系以及評(píng)估體系，對(duì)于無人機(jī)還需完善管理體系，制定專門的人員來負(fù)責(zé)無人機(jī)的操作。對(duì)于無人機(jī)的售后，也需做好管理，保證無人機(jī)始終處于正常的工作狀態(tài)下。并且無人機(jī)由于在空中飛行，還需遵循民航的相關(guān)要求[4]。

二、無人機(jī)在森林滅火實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用中存在的問題

1.缺乏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

無人機(jī)在森林滅火實(shí)戰(zhàn)中有著極為重要的應(yīng)用價(jià)值，可為開展火情偵查以及協(xié)同滅火提供有力支持。但由于無人機(jī)出現(xiàn)時(shí)間較晚，應(yīng)用在森林滅火中的時(shí)間也較短，這也使得無人機(jī)在森林滅火實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用中還存在一系列問題。首先為無人機(jī)在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上還不完善。當(dāng)下我國(guó)尚未制定出完善的研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)以及生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，盡管我國(guó)當(dāng)下制造無人機(jī)的公司數(shù)量在不斷增加，但由于尚未形成完善的標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)公司在生產(chǎn)和制造上均按照不同的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格進(jìn)行，這也使得不同公司所生產(chǎn)的無人機(jī)在數(shù)據(jù)類型以及通信系統(tǒng)上還存在較大的差異性，尚未形成設(shè)計(jì)上的模塊化和專業(yè)化。另一方面，當(dāng)下在消防救援部門上尚未建立有關(guān)于無人機(jī)參與滅火救援的技術(shù)評(píng)估體系以及指標(biāo)體系，對(duì)于解決森林滅火上當(dāng)下還缺乏完善的數(shù)據(jù)支撐。并且由于森林火災(zāi)較為復(fù)雜，對(duì)于無人機(jī)的耐高溫性能、適航性能以及可探測(cè)性能均有著較高的要求。但由于受到技術(shù)條件的限制，當(dāng)下可應(yīng)用在消防滅火上的無人機(jī)類型較少，無法滿足當(dāng)下森林滅火要求[5]。

2.缺乏完善體系

由于當(dāng)下可應(yīng)用在森林滅火中的無人機(jī)類型較少，這也使得無人機(jī)當(dāng)下還缺乏完善的體系，單個(gè)負(fù)載無法為系統(tǒng)中的應(yīng)用程序做好支撐。當(dāng)下，由于無人機(jī)的通信能力以及負(fù)荷能力上還具有較大的限制，這也使得其在承擔(dān)的任務(wù)上也較為有限。其次，由于當(dāng)下的機(jī)型較為單一，但所需承擔(dān)的任務(wù)類型較多，這也使得二者之間存在較大的矛盾。當(dāng)下，我國(guó)的無人機(jī)中中型、小型以及微型較多，但在開展森林滅火救援的過程中，微型無人機(jī)使用較多，中型無人機(jī)和小型無人機(jī)的數(shù)量較少，在飛行高度、速度以及航行距離上均有著一定的限制，無法滿足實(shí)際滅火救援要求。最后，由于在管理機(jī)制上也并不完善，在設(shè)備掛載上也無法做好保障。并且由于無人機(jī)在應(yīng)用上涉及到緊急救援、區(qū)域調(diào)度、航路協(xié)調(diào)以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等多個(gè)方面，需各個(gè)部門做好協(xié)同合作才能最大限度的發(fā)揮其積極作用。但由于缺乏完善的體系，在協(xié)同合作上難度較大[6]。

3.技術(shù)實(shí)力不足

我國(guó)研制無人機(jī)的歷史較短，在技術(shù)水平上尚不完善，技術(shù)實(shí)力不足，集中表現(xiàn)在當(dāng)下的無人機(jī)在平穩(wěn)性上不強(qiáng)，抗風(fēng)性能較差且耐久性上不強(qiáng)，在負(fù)載能力上也有限。并且當(dāng)下的無人機(jī)對(duì)于手動(dòng)操縱的關(guān)注度較高，對(duì)于環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)收集以及處理上關(guān)注度較低，在自動(dòng)導(dǎo)航飛行姿態(tài)控制上也缺乏研究力度，對(duì)于常見故障解決能力較差，穩(wěn)定性不強(qiáng)。在數(shù)據(jù)運(yùn)算速度上也較慢，也為無人機(jī)的正常使用造成較大影響。在今后的研究中，還需加強(qiáng)無人機(jī)在數(shù)據(jù)處理以及圖像分析上的研究，并加大對(duì)于立體建模的研究力度，來真正提升無人機(jī)的適用性。

三、無人機(jī)在森林滅火實(shí)戰(zhàn)中的應(yīng)用策略

1.完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)于無人機(jī)在森林滅火實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用中存在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善，適用性不強(qiáng)的情況，需不斷對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善。在具體的實(shí)施過程中，首先需結(jié)合當(dāng)下森林滅火的實(shí)際需求，將技術(shù)研究重心放在森林火災(zāi)的預(yù)防以及撲救上。由于森林防滅火中日常工作任務(wù)、區(qū)域以及任務(wù)的特征上存在較大的差異性，需針對(duì)無人機(jī)制定出飛行需求報(bào)告。針對(duì)于電池的使用壽命、飛行高度、探測(cè)區(qū)域等較為重要的參數(shù)進(jìn)行分析，并對(duì)一些較為重要的指標(biāo)值如耐溫性能、抗風(fēng)性能以及防水性能等進(jìn)行分析，保障無人機(jī)的正常使用。其次，還需針對(duì)無人機(jī)的具體應(yīng)用做好總體規(guī)劃工作，可從基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，遙感技術(shù)日常任務(wù)負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)、遙感技術(shù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、安全運(yùn)行智能管理等各個(gè)層次做好完善工作以及協(xié)調(diào)工作，提升無人機(jī)應(yīng)用在森林滅火實(shí)戰(zhàn)中的適用性[7]。

2.打造完備的體系

由于森林火災(zāi)較為特殊，為保障無人機(jī)真正發(fā)揮其積極作用，需為其配備多種機(jī)型，并根據(jù)日常任務(wù)的特征以及地區(qū)差異，完善無人機(jī)體系。在選擇機(jī)型以及配置中，還需將任務(wù)區(qū)域的地形以及地貌、氣候情況等多種因素均納入到考慮范圍內(nèi)，合理配備固定翼機(jī)型以及多旋翼機(jī)型，并根據(jù)實(shí)際情況選擇配備電動(dòng)無人機(jī)或者油動(dòng)力無人機(jī)。

另一方面，還需結(jié)合森林滅火的實(shí)際需求，配備光學(xué)或者紅外系統(tǒng)、多光譜儀、雷達(dá)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、地貌測(cè)繪系統(tǒng)以及磁探測(cè)系統(tǒng)，并為其配備對(duì)應(yīng)的服務(wù)平臺(tái)，便于在極端環(huán)境下更好的開展林區(qū)火情偵察工作以及探測(cè)工作，提升無人機(jī)在滅火中的數(shù)據(jù)處理效率[8]。

3.提升技術(shù)實(shí)力

為更好的解決當(dāng)下我國(guó)在無人機(jī)技術(shù)上不成熟的局限性，還需不斷提升技術(shù)水平，結(jié)合我國(guó)實(shí)際國(guó)情，合理并吸收發(fā)達(dá)國(guó)家在無人機(jī)技術(shù)研制上的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，打造屬于我國(guó)自身的研發(fā)體系，提升研發(fā)水平[9]。

四、結(jié)語(yǔ)

無人機(jī)應(yīng)用在森林滅火中可有效提升滅火救援效率，但由于受到技術(shù)限制，在具體應(yīng)用中還存在較大問題。針對(duì)于此，需完善無人機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，打造完備的體系并不斷提升技術(shù)實(shí)力，來最大限度的發(fā)揮無人機(jī)的積極作用，提升我國(guó)森林消防滅火水平。

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