無人機在森林火災處置中的應用

摘要：在森林火災處置中，無人機憑借其獨特優(yōu)勢，能夠顯著縮短火情響應時間、降低人員暴露風險，正逐步成為應急救援工作中的關鍵力量。通過介紹無人機在?火情偵察、?火場態(tài)勢監(jiān)控、?數字沙盤構建、?物資補給以及?復燃防控等多個場景的應用，探討這些應用場景下面臨的挑戰(zhàn)，并提出針對性策略，旨在推動無人機在森林火災處置中的深度應用。

關鍵詞：無人機；森林火災；應急處置；應用方向

中圖分類號：D631.6" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）06-0049-03

0 引言

近年來，無人機在森林火災處置中逐漸得到廣泛應用，其全面覆蓋的勘察視角、靈活機動的行動能力、豐富多樣的功能掛載，為應急救援行動提供了強有力的輔助。然而，協同指揮、設備性能以及作業(yè)統籌管控等因素制約了無人機效能的充分發(fā)揮。探討如何在森林火災場景中，穩(wěn)定且充分地發(fā)揮無人機應用效能，對提升救援效率與安全性具有重要的現實意義及應用價值。

1 森林火災中無人機的主要應用方向

1.1" 火情偵察作業(yè)

森林火災發(fā)生后，火情偵察是研判決策、方案制定、救援組織、資源調度的先決條件。然而，林火區(qū)域大多是未開發(fā)狀態(tài)，往往存在交通不便、通信條件差、地形復雜等問題，導致人力偵察困難、效率較低、實效性差，獲取前線第一手資料的難度大、耗時長。空中偵察具有范圍廣、速度快等優(yōu)勢，且不受地形條件限制，能夠對衛(wèi)星熱點以及位置較偏遠的森林火災發(fā)生區(qū)進行有效偵察。以往，需要森林航空消防飛機到場后才能完整獲取火場情況[1]。配備無人機后，指揮部可從多點位派出無人機現場偵察火線位置、火勢強度、風向、風速等信息，在森林航空到達最近駐防點前，基本完成火區(qū)圖的繪制，為前方指揮部開展救援處置、資源調配等工作提供準確情報支持。

1.2" 火場態(tài)勢監(jiān)控

無人機能耗低、便攜性強、機動性高，可以對火場的火勢動態(tài)進行低消耗、高效率的實時監(jiān)控，能夠短間隔、高頻次、大范圍提供火場情報，包括火場及周邊情況、火線實時位置、發(fā)展方向的環(huán)境信息等。為進入火場的前出作戰(zhàn)小組配備伴飛無人機，可常態(tài)化提供所在位置周圍火勢發(fā)展情況，偵察進攻和撤退路線的情況，并及時發(fā)出預警，降低人員被困風險。在處置森林火災時，使用無人機替代直升機，可承擔火場偵察、監(jiān)控火線發(fā)展情況、評估灑水撲救效果、預測火勢發(fā)展趨勢等職責?；跓o人機獲取的信息，指揮人員能夠及時指揮救援隊伍、調整撲救方案。

1.3" 構建數字沙盤

在森林火災處置過程中，往往面臨地域范圍廣、地勢復雜、人員單位裝備多以及時間跨度大等問題，指揮協調工作強度大。鑒于公共地圖和衛(wèi)星照片資源無法提供大比例尺的實景信息，可利用在場無人機進行航拍，制作正射影像，為前方指揮部構建大比例尺數字沙盤[2]。從數字沙盤上可以獲取即時航拍影像、受災區(qū)域的即時情況、火頭位置、高程信息、人員位置以及道路通行狀況等，進而有效調度救援力量，直觀規(guī)劃各救援力量的位置和行進路線，標注火勢進展和火場情況。對于關鍵點位、區(qū)塊，可采用航拍三維重建或點位全景圖，以便各級救援單位全面掌握實際情況，為輔助決策提供依據。

1.4" 物資快速補給

受森林地形條件限制，地面運輸條件較差，補給時間耗時長，一線作戰(zhàn)人員對油料、裝備等物資的補給需求迫切。在完成緊急準備和簡單試飛后，可啟用無人機進行風力滅火機、油料、通信器材等救援物資和食水的補給。無人機響應迅速、機動靈活，受道路條件、地形和高差的影響較小，運輸時間短，補給時效高，能夠有效保持一線隊伍的作戰(zhàn)能力[3]。執(zhí)行較重運輸任務（到場最大機型可單程吊運40kg物資）的無人機，能在5m/s風速時穩(wěn)定運行，可利用高度和速度優(yōu)勢，尋找火線薄弱處穿越進行投送，確保運送可靠性。在實際情況中，對于沒有鋪設水管上山的區(qū)域，通常會建設水池、水窖等預設儲水點，但林火發(fā)生時需要鋪設水帶、運送水泵和油料，由于運輸條件差，往往面臨難度大、搭建時間長、效率低等問題。通過使用載重較大（25～50kg）的無人機，可快速投送水泵、油料，同時先于人員到達，快速布置水帶至指定點位形成水路，可以大幅減輕運輸壓力，提高部署效率，快速發(fā)揮預設水源（儲水點）的作用。

1.5" 探消結合，助力轉變火場看守模式

熱成像功能可以準確定位高溫區(qū)域。引入搭載熱成像功能的無人機，可快速響應并抵達火場，成為迅速、靈活、準確的探測工具。紅外熱成像系統可穿透煙霧等障礙，快速識別溫度異常情況，在過火區(qū)域精準定位異常高溫情況，標定高風險的復燃位置并及時預警，避免人員進場探查而暴露在高溫、有毒煙霧等危險環(huán)境中，從而降低傷亡風險。同時，可聯動植保型無人機規(guī)劃航線進行定點噴灑作業(yè)，復燃抑制效果顯著。無人機搭載熱成像裝備后，不受地形、交通條件等限制，能對大面積火場進行全覆蓋、持續(xù)且高效的監(jiān)測。根據探測到的溫度分布情況，無人機還能對火場區(qū)域劃分優(yōu)先處理級別，實施分類處理，以此提高火場看守效率和質量。在火場看守期，通過便利的溫度探測、精準提供高溫位置以及對溫度異常點位部署資源進行預防處理，改變了以往廣泛駐點、被動應對的駐守方式，大幅降低了復燃風險，提高了駐守的主動性。

2 森林火災處置中應用無人機面臨的挑戰(zhàn)

2.1" 空中力量協同指揮方面

目前，無人機在森林火災處置中得到了大量應用，但直接執(zhí)行滅火作業(yè)的仍是以直升機為主的有人駕駛飛行器，直升機吊桶滅火作業(yè)桶底距火焰或樹冠高度在10～50m，飛行高度在100～1000m，這與無人機的作業(yè)空域（50～500m）形成了較大重疊，面臨協同指揮問題。第一，無人機和直升機空域協調效率低。無人機的部署與作業(yè)大部分由現場指揮部組織和執(zhí)行，而直升機的指揮權在上級部門。第二，無人機、直升機與地面指揮數據格式不統一[4]。無人機基本使用WGS84坐標系，直升機常用北京54坐標系，而現場指揮人員使用的是地圖軟件常見的坐標系（如火星坐標系、BD-09、CGCS2000）。不同坐標轉換會導致3～8m的定位偏差，導致無人機作業(yè)時有空域沖突風險。

2.2" 無人機自身設備性能方面

目前，在火災處置中能夠緊急動員參與作業(yè)的主要是消費級無人機，僅有少量行業(yè)級無人機。消費級無人機滯空時間為20～35min，需要較為頻繁的電池補給。在山區(qū)環(huán)境中，受地形和地面附著物的影響，消費級無人機的遙控、圖傳和定位等信號會受到較大干擾和衰減，僅能維持2km左右的作業(yè)半徑。行業(yè)級無人機的遙控范圍通常約為2km，受地形影響顯著，例如，當控制飛行器跨過山丘時，極易超出控制范圍。在單程吊送能力方面，行業(yè)級無人機的吊送能力為20～50kg不等，受槳葉、電池裝備、鎖具等因素限制，難以運輸大型救援設備和大量物資[5]。當飛行器處于重載狀態(tài)且作業(yè)環(huán)境風速超過三級時，其控制難度會明顯增加，特別是在丘陵林草區(qū)，操作人員需密切觀察風向和風速。

2.3" 無人機空中作業(yè)統籌管控方面

在救援現場，針對無人機存在多樣化的作業(yè)任務需求，常見任務包括正射影像拍攝、火線偵察、物資投送、火場態(tài)勢監(jiān)控以及隨隊警戒等，同一任務需要組織多個航空器同時開展作業(yè)。目前，應急部門直屬處置力量配置的無人機主要著眼火災預防，而森林火災處置工作偶爾需要臨時動員社會無人機參與執(zhí)行任務。現場指揮部門對各無人機作業(yè)的航線、高度以及時間安排等方面的管理水平較低，對規(guī)避規(guī)則、應急航線制定以及無人機機場管控等空管能力方面相對薄弱。

2.4" 現場無人機設備作業(yè)效能適配方面

目前，能夠快速動員投入森林火災處置工作的無人機，以通用型號為主，對森林火場環(huán)境的適應性相對不足，具體表現為：第一，圖傳信號與遙控距離受地形影響較大。當無人機在現場作業(yè)需要翻越山梁或遇到較大山體遮擋時，容易造成信號丟失，限制了無人機的作業(yè)范圍。第二，定位系統干擾問題突出。森林火災現場存在衛(wèi)星失鎖、多路徑誤差、電磁干擾等多種定位異常類型，無法準確定位目標、起飛點、返航點和迫降點，導致任務中斷或延遲。

3 森林火災處置中無人機應用的優(yōu)化措施

3.1" 建立空管架構，克服協同困境

前方指揮部要設立由直升機調度員和無人機指揮員共同組成的空勤聯合指揮小組，以實現一體化指揮調度。第一，?構建臨時通信網絡。利用無人機搭載LoRa+Wi-Fi混合基站，建立半徑5km的應急通信中繼，實現跨平臺視頻和定位數據的實時回傳。第二，?部署便攜式協同裝備。該裝備集成北斗定位與ADS-B接收功能，可以實時監(jiān)控并顯示半徑5km內航空器的位置。同時，內置多坐標系自動轉換模塊，統一采用作業(yè)坐標系，優(yōu)先使用WGS84或CGCS2000坐標系，現場校驗定位偏差并實時修正，從而完成坐標數據的基本聯通。

3.2" 統籌組織，克服設備限制

針對無人機單機作業(yè)能力不足的問題，可以從多架次接力執(zhí)飛、精細管理分配任務、保障留空時間等方面采取措施。第一，調度組織適航機型?，F場快速對到場無人機進行分類，優(yōu)先選擇具備大載重、長航時、熱成像功能的機型。將同一品牌的無人機集中分組，通過配套控制軟件或現場地面站進行匹配，形成任務機組，以適配不同任務，應對單機無法完成的長距離、長時間或復雜環(huán)境下的作業(yè)需求。第二，分解任務并利用數量優(yōu)勢彌補單機能力不足。根據無人機單次續(xù)航能力，將任務區(qū)域劃分為多個子段，每架無人機負責一段，明確每架無人機的起降點、航線、載荷（如傳感器、貨物）及交接邏輯。對于物資運輸，將大型設備拆解為小于20kg的模塊（如滅火泵分體運輸），使用多架植保機（如T30）同步投送，到目標點后進行組裝投用。第三，做好無人機前出機場規(guī)劃。前出機場作為無人機的起降和基礎補給點，應以前出機場為支點，放射性布置無人機控制點。

3.3" 技管雙控，強化作業(yè)管理

第一，全局規(guī)劃任務管理。科學劃分作業(yè)區(qū)、過渡區(qū)、禁飛區(qū)，明確各空域功能及避讓機制。統籌協調無人機作業(yè)的區(qū)域、時段、調入順序、撤離安排，動態(tài)分配飛行器的作業(yè)區(qū)域和時間。對于無人機與直升機重合的作業(yè)區(qū)域，采用交替波浪式作業(yè)法，優(yōu)先保障灑水滅火作業(yè)。第二，整合技術作業(yè)數據。采用三維數字孿生平臺整合空情信息，根據火情動態(tài)分配飛行時間段和作業(yè)區(qū)域，無人機由地面站統一調度，通過4G/5G或衛(wèi)星鏈路指揮多機協作，推演、模擬并實時調整，提高空域利用率。

3.4" 現場賦能，應對作業(yè)能力不足

對動員到場的無人機進行針對性保障，確保各機充分發(fā)揮效能。第一，保障作業(yè)范圍?，F場組織分配4G模塊，增強信號強度，對抗控制范圍縮減。架設RTK設備覆蓋重點作業(yè)區(qū)域，確保定位準確。組建簡易中繼組網，調用無人機掛載微型中繼設備，定點懸停作為臨時信號塔，使控制半徑從2km擴展至5km。第二，針對承擔運輸主力的植保類無人機，因其本身控制范圍有限，統籌多個遙控器，前置控制人員，采用雙遙控技術，設置小跳、大跳兩個中繼控制點，通過接力控制延伸運輸線路，拓展運輸范圍。

4 結束語

無人機技術憑借其全域偵察、快速響應與多功能集成優(yōu)勢，在火情監(jiān)視、物資精準投送、火場態(tài)勢感知、戰(zhàn)術決策支持及模式作業(yè)創(chuàng)新等方面有著不可替代的價值，正深刻改變森林火災救援體系。未來，無人機將更多地參與到森林火災救援處置工作中，與其他救援力量協同更緊密，成為救援處置中必不可少的力量。

參考文獻

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[5]杜建宏，魏家喜.探究無人機在當前消防滅火和救援實戰(zhàn)中的應用[J].冶金管理，2022（9）：154-156.