基于無人機技術的水庫庫區(qū)森林防火管理模式探討

引言

近年來，國家大力推動數(shù)字經濟和低空經濟建設[1]，水利部也相繼印發(fā)了《關于加快構建現(xiàn)代化水庫運行管理矩陣的指導意見》（水運管[2023]248號）以及《數(shù)字孿生水利“天空地水工”一體化監(jiān)測感知夯基提能行動方案（2024年～2026年）》等，指出要充分利用無人機等現(xiàn)代化監(jiān)測技術，提升水利對象全要素和治理管理全過程智能監(jiān)測感知能力，引領水利高質量發(fā)展[2]。目前，在水利行業(yè)應用中，利用無人機的高度靈活性、掛載模塊豐富、地理空間限制小等特點，將無人機技術廣泛應用于水庫樞紐的水質監(jiān)測[3]、地形測量[4]、地災識別[5]、移民征地[6-7]、水政監(jiān)察[8]、隱患探測[9]、巡查巡檢[10]等方面。欽寸水庫近年來也利用遙感衛(wèi)星、無人機、視頻監(jiān)控等現(xiàn)代化監(jiān)測技術構建天空地水工一體化監(jiān)測網(wǎng)絡，實現(xiàn)對水庫庫區(qū)、壩區(qū)及下游影響區(qū)內的水利對象及治理過程的全局感知。本文通過對欽寸水庫無人機應用案例的介紹，探討無人機在水庫庫區(qū)森林防火中的應用價值及發(fā)展趨勢。

一、項目概況

欽寸水庫工程位于浙江省紹興市新昌縣境內，壩址地處曹娥江主要支流黃澤江上的原欽寸村附近，是一座以供水、防洪為主，兼顧灌溉和發(fā)電等綜合利用的水利工程。壩址以上集水面積316平方千米，水庫正常蓄水位98.00米，臺汛期限制水位96.00米，死水位66.00米（極限供水位62.00米）；水庫總庫容24432萬立方米，正常蓄水位以下庫容17662萬立方米，供水調節(jié)庫容16658萬立方米，防洪庫容6205萬立方米。2023年10月通過水利部評價，認定為第一批水利部標準化管理調水工程。

二、無人機技術

欽寸水庫庫區(qū)范圍內共設有4個無人機機場，分別是欽寸水庫機場、彭頂山機場、大坪頭機場、龍皇堂機場。無人機系統(tǒng)由無人機機場、無人機和無人機調度平臺組成。其中，無人機機場為大疆1代機場，整機具備IP55級別的防護能力，能夠有效防止灰塵侵入和抵御大浪的噴射，確保在一定程度的灰塵和雨水環(huán)境中正常運作。無人機為大疆M30T無人機，能在 -20% 至 50% 的環(huán)境溫度下工作，滿足寒冷和炎熱等不同氣候條件下的作業(yè)需求，其最長飛行時間可達41分鐘，懸停時間可達36分鐘，配備了變焦、紅外、廣角相機，能夠適應各種不同的工作環(huán)境。在欽寸水庫控制室部署一套無人機調度平臺，可實現(xiàn)任務規(guī)劃、飛行歷史查看、數(shù)據(jù)可視化展示及統(tǒng)計分析管理等，無人機系統(tǒng)組成見表1。

表1無人機系統(tǒng)組成

三、綜合管理應用實例

通過在欽寸水庫庫區(qū)設置4處無人機自動化機場，開展森林防火巡查及森林管護等工作，解決森林區(qū)域管理面積大、遠山高山巡查難度大、成本高、盲區(qū)多、效率低、信息掌控不全、應急策略不精準等人工巡查存在的問題。無人機在水庫森林管護中的管理模式如下。

（一）定期巡查與預防

1.定期巡查。利用無人機的高效性和廣覆蓋性，對水庫林區(qū)進行定期的空中巡查。通過無人機進行每日不少于15架次的巡檢，實時監(jiān)控林區(qū)狀況。一旦發(fā)現(xiàn)林緣埋灰、燃燒秸稈、燒烤等野外違規(guī)用火行為，通過無人機指揮平臺向相關部門和人員反饋信息，及時發(fā)現(xiàn)并消除潛在火災隱患，確保森林安全。

2.預防宣傳。借助無人機搭載的喊話探照一體設備，在林區(qū)進行防火宣傳，播放防火宣傳語音，將防火知識傳遞給林區(qū)居民和游客，提高其防火意識。

3.數(shù)據(jù)整合與共享。無人機收集的數(shù)據(jù)可以與地面監(jiān)測站點的數(shù)據(jù)相結合，形成一個全面的森林健康監(jiān)測網(wǎng)絡。通過數(shù)據(jù)整合，可以構建森林火災風險評估模型，實現(xiàn)信息共享和資源的優(yōu)化配置。

4.應急演練。將無人機用于模擬火災發(fā)生時的應急響應演練，通過模擬不同的火災場景，無人機可以協(xié)助救援人員進行實戰(zhàn)演練，提高應對真實火災的能力。同時，無人機的飛行數(shù)據(jù)和操作經驗可以為制定更有效的應急方案提供支持。

（二）火情偵察與預警

1.AI算法應用。為提升火情防控能力，將AI煙霧識別算法應用于無人機日常巡查中，能夠迅速、準確地識別煙霧、火源和火勢。當無人機探測到異常情況時，系統(tǒng)觸發(fā)預警機制，并向無人機指揮平臺發(fā)送警告信息。

2.監(jiān)管平臺與預警響應。無人機調度平臺接收到無人機傳回的警告信息后，通過人工審核確認信息的準確性。一旦確認，平臺將迅速將精準定位發(fā)送至相關人員，進行火情處置。這一過程為護林員和應急救援人員提供了寶貴的預警時間，使他們能夠迅速采取應對措施，有效防止火勢蔓延和擴大。

3.多無人機協(xié)同作業(yè)。在火情偵察與預警階段，多架無人機可以協(xié)同工作，從不同角度和高度對火場進行全方位監(jiān)控。這種協(xié)同作業(yè)模式能夠提供更全面的火場信息，確?；鹎閭刹斓臏蚀_性和預警的及時性。

（三）火勢評估與預測

1.全面?zhèn)刹旎鹎??；饒銮闆r瞬息萬變，無人機可以迅速抵達火場，從高空進行全方位、多角度的偵察，實時獲取火勢大小、火場面積、火勢蔓延速度和方向等關鍵信息，為地面指揮人員提供決策依據(jù)，使他們能夠迅速制定出科學合理的救援方案。

2.精準定位火點。無人機搭載的熱成像攝像頭能夠在濃煙和黑暗中精準辨識火源，幫助應急救援人員在視線受阻的情況下準確定位火點，提高滅火效率。

3.實時傳輸數(shù)據(jù)。無人機平臺不僅能夠獨立完成火情偵察與預警任務，還能夠與地面救援力量實現(xiàn)信息共享和聯(lián)動。通過無人機傳回的實時圖像和數(shù)據(jù)，地面救援人員可以更準確地了解火場情況，制定更加有效的救援方案。

（四）滅火支援與輔助

無人機能夠在發(fā)現(xiàn)火情后，立即啟動尋找就近水源的程序。利用其高效定位和精準導航能力，在短時間內精確鎖定附近的水源位置。一旦找到水源，無人機可以與應急救援隊伍進行實時通信，指導消防隊伍快速到達水源處，并協(xié)助完成滅火任務。無人機可以裝載滅火物資在空中直接投擲，對火勢進行及時的空中壓制，減少應急救援人員接近火源的潛在風險，為救援行動爭取更多寶貴的時間。無人機可以不間斷地為消防隊伍提供道路指引服務，協(xié)助隊伍在復雜的火災現(xiàn)場中尋找最佳的救援路線。在夜晚或視線不佳的環(huán)境下，可以為應急救援隊伍提供有效的燈光照明服務，確保視野清晰。無人機能夠執(zhí)行物資投送任務，如運送救援設備、食物和水等必需品，為救援隊伍提供全方位的輔助支持。

（五）災后評估與監(jiān)測

撲滅火災后，利用無人機進行災后評估與監(jiān)測。通過對火災現(xiàn)場的空中拍攝和監(jiān)測，無人機可以獲取火災后的現(xiàn)場情況，為后續(xù)的災后重建和生態(tài)恢復提供依據(jù)。同時，無人機還可以對火災現(xiàn)場進行持續(xù)的空中監(jiān)測，評估火場的穩(wěn)定性和潛在的復燃風險，及時發(fā)現(xiàn)并預防火災復燃和次生災害的發(fā)生，為災區(qū)的安全穩(wěn)定提供有力保障。

四、經驗總結與建議

（一）技術優(yōu)勢

欽寸水庫運用的無人機技術，如AI煙霧識別算法、先進傳感器實時數(shù)據(jù)處理、多機協(xié)同作業(yè)模式等，具有廣泛適用性。其他地區(qū)可借鑒這些技術，提升自身火情偵察、預警和火勢評估能力。

（二）管理模式

欽寸水庫基于無人機的管理模式，包括航線規(guī)劃、站點設置、數(shù)據(jù)整合共享、空地聯(lián)動等方面，為森林防火管理提供了有效范例。通過合理規(guī)劃巡查路線和設置工作站點，可實現(xiàn)高效覆蓋；整合數(shù)據(jù)資源，優(yōu)化決策；空地聯(lián)動機制可提升整體救援效率。

（三）宣傳教育

利用無人機進行防火宣傳的創(chuàng)新方式，如搭載喊話設備在林區(qū)宣傳，具有低成本、高覆蓋、效果好的特點，可在其他林區(qū)推廣，提高公眾防火意識，從源頭上預防火災。

（四）演練模式

欽寸水庫通過無人機模擬火災場景進行應急演練的模式，有助于提升救援人員實戰(zhàn)能力，其他地區(qū)可應用該模式，增強應對森林火災的能力。

結語

本文論述了基于無人機技術的水庫庫區(qū)森林防火管理模式。實踐證明，無人機在欽寸水庫森林防滅火工作中的應用成效顯著，其在識別技術、管理模式、宣傳教育、應急演練、火災救援等方面均具有可復制與推廣的價值。欽寸水庫應提高AI識別算法精度，同時部署固定翼無人機，通過固定翼的大范圍巡查與多旋翼自動化機場的精確懸停巡查相互配合，構建更加高效、嚴密的巡查網(wǎng)絡，為森林防火工作提供強有力的支撐。

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