關(guān)于無(wú)人機(jī)在森林防火監(jiān)測(cè)方面的探究

白磊

摘要：現(xiàn)階段，我國(guó)借助無(wú)人機(jī)來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警森林的火情工作還不夠完善，正處于發(fā)展的初級(jí)階段。運(yùn)用無(wú)人機(jī)體系能夠準(zhǔn)確地監(jiān)側(cè)測(cè)到森林中發(fā)生的火災(zāi)情況，利用無(wú)人機(jī)自動(dòng)化的功能，可以將現(xiàn)場(chǎng)的情況通過(guò)圖像顯示在計(jì)算機(jī)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)分辨是否出現(xiàn)了火災(zāi)，然后再找到精確的火災(zāi)地點(diǎn)。本文主要分析了無(wú)人機(jī)在森林防火監(jiān)測(cè)工作中的情況，僅供參考。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；森林防火；遙感技術(shù)

1無(wú)人機(jī)

1.1無(wú)人機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史

無(wú)人駕駛飛機(jī)又被稱為無(wú)人機(jī)，它是一種有動(dòng)力、可控制，由無(wú)線遙控設(shè)備或設(shè)定的自身程序進(jìn)行操縱控制，能攜帶多種設(shè)備，執(zhí)行多種任務(wù)，并能重復(fù)使用的無(wú)人駕駛航空器。與有人駕駛飛機(jī)相比，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、飛行穩(wěn)定、使用成本低、使用安全、對(duì)環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)。1917年，英國(guó)人研制成功了世界上第一架無(wú)人機(jī)，此后的40年便發(fā)展緩慢，到20世紀(jì)60年代其研制的步伐又開(kāi)始加快。迄今為止，世界上已研制出幾百種型號(hào)的無(wú)人機(jī)，并不斷加大對(duì)新興無(wú)人機(jī)的投入力度。隨著空氣動(dòng)力學(xué)、自動(dòng)控制、自主導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展，無(wú)人機(jī)的發(fā)展取得了重大突破。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)在軍事方面的應(yīng)用不斷成熟和現(xiàn)代信息技術(shù)的J決速發(fā)展，無(wú)人機(jī)與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，在非軍事領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

1.2無(wú)人機(jī)技術(shù)

無(wú)人機(jī)的應(yīng)用技術(shù)，即根據(jù)森林防火的需要搭載相應(yīng)的設(shè)備，比如高清CCD數(shù)碼相機(jī)、多光譜成像儀、紅外掃描儀等，具有成本低、能源消耗少的特點(diǎn)，尤其是具備多功能可重復(fù)使用等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，減輕了人員風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了人力、物力。近年來(lái)，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)不斷進(jìn)步，并在多領(lǐng)域取得了突破性的發(fā)展。無(wú)人機(jī)遙感的高時(shí)效、高分辨率等性能優(yōu)勢(shì)備受使用者的青睞，這大大擴(kuò)大了應(yīng)用范圍和用戶群，具有廣闊的應(yīng)用前景。無(wú)人機(jī)遙感在森林調(diào)查中主要應(yīng)用在林火監(jiān)測(cè)工作中。無(wú)人機(jī)加載相應(yīng)的遙感設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)林區(qū)的全天候監(jiān)測(cè)，及時(shí)進(jìn)行火情預(yù)警、報(bào)告火情信息，以便及時(shí)展開(kāi)行動(dòng)，將財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡降到最低。用于森林監(jiān)測(cè)的無(wú)人機(jī)可按地面控制人員劃定的路線進(jìn)行空中巡查，實(shí)時(shí)將空中獲取的影像數(shù)據(jù)等傳回地面控制站，地面控制站進(jìn)行處理分析后傳給林火消防部門。對(duì)于可疑區(qū)域，地面控制人員通過(guò)遙控?zé)o人機(jī)的飛行狀態(tài)和改變飛行軌跡，對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)偵查。對(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)火情的地區(qū)，要部署無(wú)人機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，森林消防部門迅速組織滅火隊(duì)伍，提高滅火效率，減少人員傷亡，減少財(cái)產(chǎn)損失。例如作為微型無(wú)人機(jī)的多軸飛行器，它利用多個(gè)旋翼作為飛行引擎來(lái)進(jìn)行空中飛行，它的重量較輕，不受較大機(jī)翼的限制，具備自主起飛和降落的優(yōu)勢(shì)。多軸飛行器利用相應(yīng)的機(jī)載遙感設(shè)備使圖像顯示在計(jì)算機(jī)上，通過(guò)識(shí)別系統(tǒng)確定是否為火點(diǎn)，并進(jìn)行精確的火點(diǎn)定位。多軸飛行器技術(shù)迅速發(fā)展，不存在過(guò)多技術(shù)壁壘和限制，將它應(yīng)用于森林防火中，可以及時(shí)獲取火場(chǎng)信息，將林火的發(fā)展動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)傳回地面控制系統(tǒng)中，為地面撲火指揮提供可靠信息。

2我國(guó)森林防火的形勢(shì)和市場(chǎng)需求

2.1我國(guó)森林防火的形勢(shì)

森林在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中常遇到各種自然災(zāi)害，而林火帶來(lái)的危害是最嚴(yán)重的。森林是人類不可缺少的一部分，它不僅為人類的生存提供了必要的木材和各種林副產(chǎn)品，同時(shí)，還為人類和野生動(dòng)物的生存提供了良好的環(huán)境保障。目前，我國(guó)擁有森林面積約2.08X10'hm'，森林蓄積量為1.5137X109m3，森林覆蓋率為21.63%，平均每年發(fā)生森林火災(zāi)一萬(wàn)多次，年均受害森林面積有幾十萬(wàn)至上百萬(wàn)公頃。我國(guó)地大物博，擁有豐富的林業(yè)資源，但與豐富的森林資源形成對(duì)比的還有多發(fā)、頻發(fā)的森林火災(zāi)，給我國(guó)寶貴的森林資源造成了巨大的損失。從小處著眼，森林火災(zāi)嚴(yán)重影響了人民群眾的生命、財(cái)產(chǎn)安全，影響生態(tài)環(huán)境，影響我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施；從大處來(lái)看，林火救援不力將嚴(yán)重影響我國(guó)社會(huì)的和諧、穩(wěn)定，影響我國(guó)在國(guó)際社會(huì)中的聲譽(yù)。

因此，國(guó)家向來(lái)十分重視森林防火工作。森林防火事關(guān)人民群眾身體健康和財(cái)產(chǎn)安全，事關(guān)森林安全和社會(huì)穩(wěn)定，事關(guān)林業(yè)發(fā)展和社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)。森林火災(zāi)是一種易造成巨大損失、撲救難度大的自然災(zāi)害，所以，我們必須要未雨綢繆，防患于未然。

如果進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，一般要花費(fèi)大量的人力和物力，尤其在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的南方集體林區(qū)，如果要進(jìn)行調(diào)查，勞動(dòng)強(qiáng)度極大。特別是在有火源的地方進(jìn)行傳統(tǒng)的調(diào)查、監(jiān)測(cè)更是一項(xiàng)危險(xiǎn)的工作。而有人駕駛飛機(jī)拍攝的航空?qǐng)D像，大多數(shù)時(shí)候不能滿足高精度、高分辨率的要求，尤其是易受環(huán)境影響，不容易獲取高分辨率圖像。有人駕駛飛機(jī)只能滿足大面積監(jiān)測(cè)的需要，對(duì)小區(qū)域林區(qū)來(lái)說(shuō)，極易造成資源的浪費(fèi)，有時(shí)也不能滿足定點(diǎn)觀測(cè)的需要。而無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)解決了這方面的需求，可根據(jù)地面控制人員的要求，按預(yù)先設(shè)計(jì)的飛行路線和飛行高度，對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行中低空偵察，如果有需要，還可進(jìn)行近距離抵近觀測(cè)。由于在多數(shù)情況下可見(jiàn)光波段就可滿足要求，無(wú)人機(jī)只需裝載相應(yīng)設(shè)備即可，這樣做既減輕了無(wú)人機(jī)的載荷，又便于在環(huán)境復(fù)雜的林區(qū)起降。

2.2我國(guó)森林防火的市場(chǎng)需求

中國(guó)地域遼闊，地形復(fù)雜，氣候多樣，森林火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，如何解決森林防火的問(wèn)題，已成為林業(yè)工作的當(dāng)務(wù)之急。現(xiàn)代森林防火是以科學(xué)發(fā)展觀為目標(biāo)保護(hù)林業(yè)資源和森林生態(tài)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)林區(qū)的生態(tài)管理和森林的高效可持續(xù)發(fā)展，使社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)、環(huán)境相協(xié)調(diào)。因此，將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于森林防火監(jiān)測(cè)中，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)林火（特別是初火和引火），做到早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)報(bào)，迅速組織防火隊(duì)伍，變有災(zāi)為無(wú)災(zāi)，變大災(zāi)為小災(zāi)。

從20世紀(jì)50年代起，我國(guó)無(wú)人機(jī)發(fā)展距今已有幾十年的歷史，先后研制出多種無(wú)人機(jī)。從市場(chǎng)總體需求分析，根據(jù)美國(guó)等先進(jìn)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，按數(shù)量計(jì)算，民用無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)需求占總需求的12%微小型無(wú)人機(jī)占69.5%；按價(jià)值量計(jì)算，中長(zhǎng)空航時(shí)、高長(zhǎng)空航時(shí)無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)需求總量占總需求量的60%.因此，立足于我國(guó)的防火形勢(shì)和建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的基本要求，中空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)和微小型無(wú)人機(jī)是較為合適的產(chǎn)品對(duì)象一一上述產(chǎn)品的無(wú)人機(jī)平臺(tái)技術(shù)不僅簡(jiǎn)單、成本較低，還可裝載滿足多樣化需求的設(shè)備。

無(wú)人機(jī)在高空作業(yè)所以就算在烏云的條件下依舊可以使用，相比較飛機(jī)和衛(wèi)星測(cè)繪，容易受到云層的干擾，低空作業(yè)的無(wú)人機(jī)較為方便，同時(shí)低空能夠從建筑的多個(gè)角度進(jìn)行拍攝，能夠拍攝到很多倍建筑物遮擋的一部分情況。電子攝像技術(shù)相位方便，按照防抖裝置后，利用連拍可以拍攝長(zhǎng)距離的樣片，資料整體性較好。

對(duì)于面積較小的大比例尺地形測(cè)量任務(wù)（10～100km2，受天氣和空域管理的限制較多，大飛機(jī)航空攝影測(cè)量成本高；而采用全野外數(shù)據(jù)采集方法成圖，作業(yè)量大，成本也比較高。而將無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)進(jìn)行工程化、實(shí)用化開(kāi)發(fā)，則可以利用它機(jī)動(dòng)、快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)，在陰天、輕霧天也能獲取合格的影像，從而將大量的野外工作轉(zhuǎn)入內(nèi)業(yè)，既能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，又能提高作業(yè)的效率和精度。

3結(jié)束語(yǔ)

總之，將無(wú)人機(jī)部署到人、車無(wú)法到達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)森林火情，迅速掌握林火態(tài)勢(shì)和各種需要的信息。作為現(xiàn)有林業(yè)監(jiān)測(cè)手段的有力補(bǔ)充，無(wú)人機(jī)能做到“快、全、細(xì)”，以爭(zhēng)取偵查工作的主動(dòng)權(quán)。無(wú)人機(jī)顯示出有人機(jī)無(wú)法比擬的優(yōu)越性，在森林防火監(jiān)測(cè)中必將被廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：武安市自然資源和規(guī)劃局非金屬開(kāi)發(fā)服務(wù)中心）