無(wú)人機(jī)在森林防火領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展思考

溥恩波

（云南省玉溪市林火監(jiān)測(cè)中心，云南 玉溪 653100）

引言

作為一種開(kāi)放性生態(tài)系統(tǒng)，一旦發(fā)生火災(zāi)，森林資源便會(huì)受到嚴(yán)重危害，森林火災(zāi)具有突發(fā)性強(qiáng)、滅火困難等特點(diǎn)，主要高發(fā)于草灌茂密、植被豐富的區(qū)域，因此要做森林防火工作。當(dāng)前我國(guó)森林消防領(lǐng)域正在積極推廣無(wú)人機(jī)技術(shù)，利用現(xiàn)代無(wú)人機(jī)智能化、功能化的優(yōu)勢(shì)，對(duì)火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，提高滅火救援效率。無(wú)人機(jī)屬于遠(yuǎn)程操控飛行器，不僅搭載了相應(yīng)的設(shè)備和系統(tǒng)，同時(shí)在不斷研發(fā)過(guò)程中功能日漸多樣，能夠輔助開(kāi)展森林防火工作，比如森林防火巡護(hù)、野外火源監(jiān)控以及森林火災(zāi)撲救等，對(duì)我國(guó)消防事業(yè)發(fā)展有著深遠(yuǎn)影響。

1.無(wú)人機(jī)在森林防火領(lǐng)域中的作用和效益

1.1 無(wú)人機(jī)在森林防火領(lǐng)域中的作用

森林火災(zāi)往往具有一定突發(fā)性、多樣性特點(diǎn)，并且相比其他火災(zāi)事故類型救援更加困難，但是有了無(wú)人機(jī)的支持，森林防火工作效率將會(huì)得到顯著提升。由于我國(guó)森林面積較廣，若要依靠人力資源進(jìn)行監(jiān)控，往往需要投入龐大的人力、物力資源，同時(shí)很難保障人員安全，相比之下無(wú)人機(jī)能夠在不同的環(huán)境、氣候條件下進(jìn)行探查，按照要求進(jìn)行空中監(jiān)測(cè)，獲取詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息。因此無(wú)人機(jī)是替代人力資源的最佳選擇，無(wú)須林業(yè)部門(mén)人員進(jìn)入深山，減少了意外事故的發(fā)生，其次無(wú)人機(jī)還能協(xié)助消防人員開(kāi)展滅火工作，將火災(zāi)及時(shí)撲滅降低損失。

1.2 無(wú)人機(jī)為森林防火工作帶來(lái)的效益

森林作為生態(tài)環(huán)境中一部分，不僅能夠推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展， 還會(huì)為人類創(chuàng)造舒適健康的生存環(huán)境，但火災(zāi)事故往往會(huì)造成大量森林資源損失，一旦失去控制便會(huì)引發(fā)大面積火災(zāi)險(xiǎn)情。無(wú)人機(jī)在森林防火工作中的應(yīng)用價(jià)值顯而易見(jiàn)，除了減少人力資源、物力資源的投入外，還能最大化保護(hù)生態(tài)環(huán)境和不可估量的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。盡管無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間較短，但已經(jīng)展現(xiàn)出巨大的價(jià)值和潛力，未來(lái)加強(qiáng)研發(fā)不斷拓展無(wú)人機(jī)功能，將會(huì)推動(dòng)森林防火水平進(jìn)一步提升，為我國(guó)消防事業(yè)發(fā)展打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

2.無(wú)人機(jī)在森林防火領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐

2.1 護(hù)林巡查與野外火源管理

無(wú)人機(jī)在森林防火領(lǐng)域中的潛力巨大，可以發(fā)揮出多種不同功能，并且應(yīng)用于森林防火工作中的無(wú)人機(jī)續(xù)航能力強(qiáng)、操作靈活，能夠在日常巡查和野外火源管理中起到作用。消防無(wú)人機(jī)應(yīng)急速度快，比較適合大面積森林防火工作巡查，相比傳統(tǒng)地面巡查監(jiān)測(cè)范圍更廣，同時(shí)有利于保障消防人員安全，在人、車無(wú)法進(jìn)入的區(qū)域內(nèi)，即可利用無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)階段無(wú)人機(jī)功能十分強(qiáng)大，安裝了高清透霧攝像機(jī)、GPS全球定位系統(tǒng)等，提前輸入?yún)?shù)即可按照預(yù)定航線巡查，并將獲取到的影像信息傳輸給操作人員。運(yùn)行過(guò)程中支持多角度、多方位監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)沿途火情自動(dòng)鎖定，借助智能識(shí)別發(fā)現(xiàn)可疑火點(diǎn)，由操作人員改變指令重點(diǎn)巡查。通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用來(lái)看無(wú)人機(jī)有利于降低人力資源的使用，大大減輕林業(yè)工作者的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高了森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)與管理效率，為滅火救援工作爭(zhēng)取更多時(shí)間。

2.2 火情監(jiān)控和偵查

森林火災(zāi)往往具有一定突發(fā)性，并且受到環(huán)境影響火勢(shì)迅猛，會(huì)隨著環(huán)境變化而出現(xiàn)變化，另外森林火災(zāi)在持續(xù)燃燒中會(huì)產(chǎn)生大量濃煙，導(dǎo)致火災(zāi)區(qū)域的能見(jiàn)度大大降低，濃煙也會(huì)受到風(fēng)向影響產(chǎn)生變化，大大提高了火情監(jiān)控難度。在應(yīng)用無(wú)人機(jī)利用搭載的攝像設(shè)備，即可對(duì)森林火災(zāi)展開(kāi)全方位監(jiān)控，包括火情的發(fā)展態(tài)勢(shì)等，通過(guò)持續(xù)觀察為地面滅火救援人員創(chuàng)造有利條件。無(wú)人機(jī)能夠?qū)@取到的信息傳輸?shù)降孛嬷笓]站，從而直觀看到火場(chǎng)影像數(shù)據(jù)，消防部門(mén)借助數(shù)據(jù)參考有效組織部署，切實(shí)提高滅火救援效率，減少消防人員的傷亡。另外無(wú)人機(jī)搭載了紅外熱像儀等專業(yè)設(shè)備，在森林火災(zāi)勘察中及時(shí)發(fā)現(xiàn)暗火，并發(fā)出警報(bào)提示地面指揮站，避免出現(xiàn)火災(zāi)復(fù)燃的情況，通過(guò)搭配高清視頻、傳感器，獲取有利于火災(zāi)救援的決策依據(jù)。例如我國(guó)2011年仁化縣，就利用小型旋翼無(wú)人機(jī)展開(kāi)監(jiān)測(cè)，明確火災(zāi)具體面積，直觀反映出火災(zāi)的發(fā)生過(guò)程與強(qiáng)度，并且對(duì)蔓延方向進(jìn)行預(yù)測(cè)，切實(shí)降低森林火災(zāi)引發(fā)的傷亡與損失。

2.3 遠(yuǎn)程指揮與通信

森林火災(zāi)大多發(fā)生在林區(qū)內(nèi)，這也是滅火救援工作較為困難的主要原因，加上地理環(huán)境十分復(fù)雜，部分地區(qū)山高林密，很容易出現(xiàn)信號(hào)傳遞不及時(shí)的問(wèn)題，無(wú)法保障森林防火工作的高效開(kāi)展。當(dāng)前無(wú)人機(jī)搭載了遠(yuǎn)程通信技術(shù)，能夠充分保障火災(zāi)救援過(guò)程中的通信線路順暢，避免火情信息傳遞不及時(shí)，為森林滅火救援工作提供支持。在特殊的環(huán)境下無(wú)人機(jī)也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程指揮，與指揮系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，協(xié)調(diào)地名部隊(duì)進(jìn)行滅火作業(yè)，如果目前來(lái)看無(wú)人機(jī)的負(fù)載能力相對(duì)有限，直接導(dǎo)致圖像傳輸、數(shù)據(jù)傳輸仍存在限制，并且無(wú)法進(jìn)行集成獲取、傳遞。另外在5G通信技術(shù)的支持下，無(wú)人機(jī)的通信功能將迎來(lái)大幅提升，有利于傳遞高清數(shù)據(jù)、強(qiáng)化數(shù)據(jù)資源處理能力，進(jìn)一步提高我國(guó)森林防火無(wú)人機(jī)技術(shù)水平。

2.4 參與輔助應(yīng)急救援

近些年無(wú)人機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，并應(yīng)用到我國(guó)森林防火領(lǐng)域中，在面對(duì)地理?xiàng)l件復(fù)雜、氣候環(huán)境復(fù)雜的條件下也能進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測(cè)，除此之外無(wú)人機(jī)還可以參與到輔助應(yīng)急救援工作中，切實(shí)提高森林滅火救援效率。以往無(wú)人機(jī)大多數(shù)應(yīng)用在火情監(jiān)測(cè)、火災(zāi)監(jiān)察工作中，利用搭載的攝影模塊獲取火災(zāi)區(qū)域數(shù)據(jù)信息，當(dāng)前無(wú)人機(jī)增加了航拍測(cè)繪模塊，相比傳統(tǒng)單一攝像功能有了不小提升，通過(guò)空中航拍即可繪制出地形圖，為地面開(kāi)展滅火救援工作創(chuàng)造有利條件。另外語(yǔ)音模塊的安裝，能夠及時(shí)為地面救援部隊(duì)傳達(dá)指令、提供災(zāi)害信息，在復(fù)雜的環(huán)境下提高火災(zāi)救援效率，尤其是火災(zāi)失控后時(shí)，通知地面部隊(duì)撤離危險(xiǎn)區(qū)域，提供緊急疏散路線保障消防人員安全。另外很多具備負(fù)重功能的無(wú)人機(jī)，可以在火災(zāi)救援工作中協(xié)助拋繩、攜帶滅火設(shè)備，或直接在空中進(jìn)行灑水、滅火劑，有利于控制森林火災(zāi)蔓延。

2.5 災(zāi)后調(diào)查評(píng)估

為了滿足使用需求無(wú)人機(jī)大多體積小巧，并且具有操作靈活、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過(guò)應(yīng)用無(wú)人機(jī)即可減少森林防火工作量，提高災(zāi)后調(diào)查評(píng)估精準(zhǔn)度。目前森林火災(zāi)后大多都會(huì)利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行空中拍攝，對(duì)地物地形位置、大小展開(kāi)調(diào)查，同時(shí)明確火災(zāi)邊界與受災(zāi)林分邊界位置，有效判斷火災(zāi)后造成的損害程度。另外無(wú)人機(jī)搭載了GPS全球定位系統(tǒng)，結(jié)合林業(yè)地理信息系統(tǒng)即可精準(zhǔn)分析出火災(zāi)事故造成的損害面積，包括森林資源的損失程度等，促使我國(guó)森林火災(zāi)事故評(píng)估更為專業(yè)化。例如森林防火領(lǐng)域早期使用的PHANNTOM-2無(wú)人機(jī)，就能獲取清晰的火場(chǎng)特征，為調(diào)查評(píng)估工作提供圖像信息，加快災(zāi)后調(diào)查、評(píng)估效率。

2.6 森林可燃地被物調(diào)查

當(dāng)前無(wú)人機(jī)在森林防火領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，不僅限于森林火災(zāi)救援工作，比如在森林可燃地被物的調(diào)查中同樣可以發(fā)揮巨大價(jià)值，利用固定翼無(wú)人機(jī)航拍，借助搭載的可見(jiàn)光與多光譜攝像機(jī)，按照預(yù)定高度和路線進(jìn)行拍攝，同時(shí)借助相關(guān)軟件對(duì)拍攝圖像拼接、校正處理。在調(diào)查過(guò)程中無(wú)人機(jī)能夠確定林地類型、森林樹(shù)種組成、樹(shù)高、郁閉度等等，包括整個(gè)林區(qū)內(nèi)存在的地表可燃物種類、載量。獲取數(shù)據(jù)后通過(guò)建模，清晰呈現(xiàn)出地表中不同的植物類型、森林可燃地被物種類等，有利于我國(guó)森林防火工作開(kāi)展，提前對(duì)可能出現(xiàn)的火災(zāi)事故進(jìn)行預(yù)防。

3.無(wú)人機(jī)在森林防火領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 提高無(wú)人機(jī)森林防火實(shí)戰(zhàn)性能

對(duì)于森林防火領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)要展現(xiàn)出更多實(shí)戰(zhàn)性能，而不是停留在演練、預(yù)防等環(huán)節(jié)，未來(lái)應(yīng)重視打造滅火救援實(shí)戰(zhàn)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，真正將無(wú)人機(jī)應(yīng)用的森林防護(hù)領(lǐng)域中，甚至參與各類火災(zāi)事故救援任務(wù)，接受各種高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境的挑戰(zhàn)。為了提高無(wú)人機(jī)在森林防火領(lǐng)域中的應(yīng)用效果，應(yīng)加強(qiáng)研究多臺(tái)無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)，在面對(duì)大范圍森林火災(zāi)時(shí)，利用多臺(tái)無(wú)人機(jī)協(xié)調(diào)配合展開(kāi)救援任務(wù)，而單機(jī)與多機(jī)的配合將會(huì)大幅提高救援工作效率。例如在發(fā)生森林火災(zāi)事故后，消防部門(mén)利用多臺(tái)無(wú)人機(jī)分散執(zhí)行不同任務(wù)，包括火情監(jiān)測(cè)、人員搜索以及輔助救援等，或?qū)⑺袩o(wú)人機(jī)進(jìn)行組裝配套，幫助消防人員完成車輛起重操作、運(yùn)輸滅火設(shè)備等，通過(guò)多臺(tái)無(wú)人機(jī)協(xié)調(diào)配合大大提高滅火、救援效率。另外要借助現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，進(jìn)一步提高消防無(wú)人機(jī)的智能化水平，融合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、AI技術(shù)等，為森林火災(zāi)事故提供更為詳細(xì)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，從而制定科學(xué)合理的滅火救援行動(dòng)方案。

3.2 完善森林消防無(wú)人機(jī)管理制度

當(dāng)下除了提高無(wú)人機(jī)的智能化水平外，應(yīng)構(gòu)建完善的管理制度，尤其是森林防火領(lǐng)域中的應(yīng)用，比如制定詳細(xì)的發(fā)展建設(shè)規(guī)劃、無(wú)人機(jī)使用技術(shù)準(zhǔn)則、無(wú)人機(jī)技術(shù)研發(fā)實(shí)踐以及日常應(yīng)用管理等，通過(guò)加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)為無(wú)人機(jī)在森林消防領(lǐng)域中實(shí)踐奠定良好基礎(chǔ)。其次重視無(wú)人機(jī)操作管理制度建設(shè)，如森林火災(zāi)事故發(fā)生后，按照制度要求開(kāi)展救援活動(dòng)，及時(shí)進(jìn)行響應(yīng)、空域申請(qǐng)以及無(wú)人機(jī)布點(diǎn)，充分發(fā)揮出無(wú)人機(jī)在森林防火工作中的價(jià)值。另外地區(qū)消防救援局、總隊(duì)以及支隊(duì)，都要構(gòu)建相應(yīng)的無(wú)人機(jī)操控、管理部門(mén)，在出現(xiàn)森林火災(zāi)事故后能夠快速采取行動(dòng)，切實(shí)提高滅火救援效率。根據(jù)森林防火工作特點(diǎn)，制定相應(yīng)的消防無(wú)人機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括消防無(wú)人機(jī)的型號(hào)、維護(hù)保障等，逐漸形成制度化管理，滿足森林滅火救援實(shí)戰(zhàn)需求。

3.3 全面優(yōu)化森林消防無(wú)人機(jī)材質(zhì)

目前來(lái)看無(wú)人機(jī)在我國(guó)森林防火工作中作用顯著，不僅可以隨時(shí)掌握火災(zāi)變化情況，還能夠輔助消防人員進(jìn)行滅火救援，切實(shí)保障了我國(guó)森林滅火救援工作開(kāi)展，發(fā)揮出火災(zāi)預(yù)警、指揮統(tǒng)籌以及滅火等重要價(jià)值。但是森林火災(zāi)往往更加嚴(yán)峻，在火災(zāi)失去控制后迅速燃燒不斷擴(kuò)大面積，嚴(yán)重破壞森林結(jié)構(gòu)與環(huán)境，由于森林中較為干燥且雜草叢生，所以火勢(shì)往往更為猛烈，對(duì)于消防無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)充滿挑戰(zhàn)。因此未來(lái)無(wú)人機(jī)的研究要重視材質(zhì)、續(xù)航等問(wèn)題，尤其是無(wú)人機(jī)本身的材料必須耐高溫，但是應(yīng)注意不能隨意改變無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)，要在原有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下進(jìn)行調(diào)整，比如在無(wú)人機(jī)表面或關(guān)鍵位置涂抹防火材料，以此來(lái)增強(qiáng)消防無(wú)人機(jī)耐高溫性能，以便在森林防火工作中發(fā)揮出更大價(jià)值。目前來(lái)看無(wú)人機(jī)主要采用金屬鋁箔、耐高溫漆以及玻璃纖維等材料，但是除了耐高溫性能外，應(yīng)注意無(wú)人機(jī)外觀磨損問(wèn)題，其次優(yōu)化造型設(shè)計(jì)、軟硬件系統(tǒng)，促使消防無(wú)人機(jī)性能得到全面提升，為森林防火工作開(kāi)展奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。

3.4 豐富森林消防無(wú)人機(jī)各項(xiàng)功能

為了提高無(wú)人機(jī)在森林防火領(lǐng)域中的作用和價(jià)值，未來(lái)應(yīng)拓展無(wú)人機(jī)的功能性，例如安裝紅外熱成像儀、彩色數(shù)字?jǐn)z影儀等，支持無(wú)人機(jī)在不同的條件下獲取火災(zāi)數(shù)據(jù)信息，更加全面地對(duì)火場(chǎng)進(jìn)行空中監(jiān)測(cè)，即使較為惡劣的火災(zāi)中也能穩(wěn)定獲取信息，及時(shí)傳輸?shù)降孛嬷笓]站為滅火救援部署提供參考依據(jù)。其次借助現(xiàn)代科技手段實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)語(yǔ)音交互功能，在運(yùn)行條件下由操作人員的語(yǔ)音進(jìn)行控制，同時(shí)安裝大功率揚(yáng)聲器，在森林火災(zāi)救援過(guò)程中及時(shí)與地面消防人員進(jìn)行交互，為滅火工作提供有效指導(dǎo)，切實(shí)保障消防工作人員的安全。另外森林火災(zāi)往往具有一定持續(xù)性，會(huì)涉及夜間滅火工作，可以在無(wú)人機(jī)設(shè)備上安裝強(qiáng)光照明系統(tǒng)，盡量避免與其他功能產(chǎn)生影響，這樣在夜間也能參與滅火救援工作，并提供清晰的拍攝畫(huà)面，為森林火災(zāi)救援工作創(chuàng)造有利條件。

3.5 加強(qiáng)人才培養(yǎng)和森林消防無(wú)人機(jī)推廣

現(xiàn)階段我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)無(wú)人機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)，尤其是森林防火領(lǐng)域中，由于無(wú)人機(jī)在森林防火工作中出現(xiàn)時(shí)間較短，不僅技術(shù)尚未成熟，同時(shí)缺乏相應(yīng)的人才，因此我國(guó)應(yīng)重點(diǎn)培養(yǎng)無(wú)人機(jī)專業(yè)技術(shù)人才。對(duì)于人才培養(yǎng)主要分為兩個(gè)方面，首先是無(wú)人機(jī)制造領(lǐng)域的人才，主要加強(qiáng)無(wú)人機(jī)技術(shù)研發(fā)，不斷拓展無(wú)人機(jī)的消防功能，以便在森林防火工作中發(fā)揮出更大價(jià)值，其次是操作、維護(hù)人才，主要由消防部門(mén)進(jìn)行培養(yǎng)，在發(fā)生森林火災(zāi)事故后能夠跟隨隊(duì)伍進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，利用無(wú)人機(jī)技術(shù)對(duì)火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)控，或協(xié)助地面人員展開(kāi)輔助救援工作，同時(shí)做好日常的維護(hù)管理，保障無(wú)人機(jī)正常運(yùn)行。目前來(lái)看我國(guó)在無(wú)人機(jī)專業(yè)人才上仍然有著較大空缺，因此必須加強(qiáng)培養(yǎng)，推動(dòng)我國(guó)消防事業(yè)健康發(fā)展。除此之外積極推廣無(wú)人機(jī)技術(shù)，將無(wú)人機(jī)落實(shí)到森林防火工作中，由于應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，導(dǎo)致很多地區(qū)未能及時(shí)普及，在森林防火工作中的應(yīng)用較少。未來(lái)應(yīng)重視無(wú)人機(jī)技術(shù)推廣，比如積極開(kāi)展無(wú)人機(jī)森林防火試點(diǎn)工作，組織消防部門(mén)、林業(yè)部門(mén)進(jìn)行學(xué)習(xí)，了解消防無(wú)人機(jī)特點(diǎn)與操作，切實(shí)發(fā)揮出無(wú)人機(jī)在森林防火工作中的作用與價(jià)值。

4.結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)大多借助無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，最早應(yīng)用在偵查與拍攝等領(lǐng)域內(nèi)，但是伴隨著現(xiàn)代科技的突破，無(wú)人機(jī)也在朝著智能化方向發(fā)展，為應(yīng)用到更多行業(yè)創(chuàng)造有利條件。當(dāng)前我國(guó)森林防火可以借助無(wú)人機(jī)提高工作效率和水平，通過(guò)無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)程操控的特點(diǎn)加強(qiáng)日常巡查，充分做到防患于未然，同時(shí)還能將無(wú)人機(jī)運(yùn)用到火災(zāi)救援中，切實(shí)降低森林火災(zāi)損失。由此可見(jiàn)無(wú)人機(jī)對(duì)于森林防火工作有著重要意義，未來(lái)應(yīng)針對(duì)性研究無(wú)人機(jī)的各項(xiàng)功能，不斷擴(kuò)大在森林防火中的實(shí)踐范圍，形成規(guī)模化的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)提供幫助，切實(shí)增強(qiáng)我國(guó)的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)管理水平，維護(hù)好珍貴的森林資源。