無人機直播在森林防火巡檢中的應用分析

(甘肅交通職業技術學院，甘肅 蘭州，730070)

1 研究背景

2 無人機直播應用于森林防火巡檢的具體實施

無人機作為一種飛行器，可由飛控人員遠程對其進行操控航行。以無人機為平臺，其上可搭載一些設備和系統，能實現對相關區域遠程偵察，將現場畫面和設備運行數據實時傳到監控中心，后臺通過客戶端即可查看實時視頻并與現場互動并下達指示。無人機航拍直播等相關技術正是一種實現林業巡檢、森林監測的新技術手段。應用于森林巡檢的無人機直播平臺可選擇輕型無人機系列，考慮到森林防火巡查的特殊性，可在無人機上搭載高清變焦可見光相機系統、熱紅外攝像儀、數傳系統、高清圖傳系統等。通過無人機搭載高清攝像頭、音頻模塊以及網絡傳輸模塊，進行實時視頻和音頻數據的傳輸，再通過網絡圖傳系統將視頻、音頻數據傳回林業部門視頻監控中心，實現機動靈活的視頻監控，從而提升巡檢等工作效率，保障人員的安全。

2016年3月20日發生于云南省澄江縣與昆明市陽宗鎮交界的森林火災使得呈貢區境內有兩座山頭過火，蔓延至昆明市陽宗海風景名勝區。澄江縣地處三湖生態城市群、撫仙湖—星云湖生態建設與旅游改革發展綜合試驗區，近年來對專業消防隊進行規范建制、明確工作職責、加強隊伍培訓演練的同時，也對森林防火巡檢手段進行了提升，加強了設施設備的投入配置等。該縣森林防火部門于2018年底引入無人機直播技術進行森林防火巡查，并制定出技術實施方案。該方案通過遙控器、軍工級智能地面站對無人機進行飛行控制。通過高清圖像傳輸系統可將林區的監控視頻實時傳回地面站、指揮中心，第一時間為指揮部門提供有效的現場信息。無人機直播案例實施過程分析如下。

2.1 現場勘查

利用Google Earth影像圖對巡檢作業地點分區進行模擬，并進行現場勘查（圖1）。

圖1 無人機巡檢作業地點分區模擬圖

2.2 規劃航線

對林區進行區域任務劃分，并對劃分的區域進行航線規劃，也可以提前完成規劃，到達現場后直接導入無人機中進行外業飛行。

2.3 外業飛行數據采集

結合地面站與飛控手的控制（圖2），無人機配備可見光任務載荷或高清圖傳系統可在距地面10到1000米飛行高度對地面火場進行實時觀察，在規劃的航線進行航拍，采集林區態勢情報。

圖2 無人機外業飛行地面站

2.4 視頻實時回傳

無人機采集的視頻音頻信息，可接入林業監控專網，與原有的監控、指揮系統結合，實現對無人機視頻信號的實時查看、存儲和回放，具有圖像傳輸、數據交互、遠程控制、網絡共享等功能，供各級指揮機關調用（圖3）。

圖3 無人機航拍視頻實時回傳至指揮中心

3 無人機直播應用于森林防火巡檢的實施分析與評價

3.1 分析與評價

3.1.1 簡捷便利

應用無人機直播技術進行森林防火巡檢相對于傳統人工巡檢、載人飛機航拍等工作模式，更好地體現出工作方便、設備操作靈活等特色，無人機直播航拍巡檢受空間影響較小，成本較低，飛行速度、方向可以變化，結合地面站設備與飛控手按規劃的航線進行航拍，便可進行林場情報數據的采集。在飛行速度要求較低的情況下，無人機飛控直播是森林防火巡檢的最佳選擇。

3.1.2 時效性高

鍍銀層具有良好的導電、導熱和焊接性能，被廣泛應用在高質量傳感、精密機械、現代電子等領域。但鍍銀產品多數都采用含氰化物的工藝。雖然該工藝成熟穩定，且鍍層品質優良，但是氰化物的毒性大，嚴重損害從業人員的健康，所以無氰鍍銀工藝的研究與推廣具有重要意義。

無人機直播巡檢所用輕型無人機系列體型小巧，可以隨時進行飛控直播，無需特殊的準備，硬件搭建和配置相對簡單，短時間內即可實現直播拍攝，并隨拍隨傳，使指揮中心在第一時間獲得林區實時的視頻、音頻信息。利用無人機平臺、高清4G圖傳系統、無人機測繪等技術系統，實現了案例地區林場動態高清音視頻的回傳。如若發現火情，能夠實現室內指揮部應急指揮、高效應急測繪等功能，能夠第一時間為地面消防部門提供火場地理坐標（經緯度）、火場邊界、火場面積甚至火場蔓延趨勢等火場態勢情報，從而使得森林防火隊合理調配人員，迅速到達火場進行重點區域滅火工作，能夠在火場環境變化情況下及時根據圖像資料反饋于作業人員，并提供安全便捷撤離路徑保障消防人員撤離危險地區。通過可見光任務載荷的無人機還可獲取森林火災損毀評估的實時圖像，對過火地區的空中觀測能夠獲取重點區域更詳細的圖像數據，這為林業防火巡檢、應急救災等工作提供了有力保障。

3.1.3 針對性強

采用傳統載人飛機的方式獲取森林巡檢信息的手段在一定程度上能滿足實時監測的需求，改善了時效性差等問題，但其工作條件受制于環境，在環境惡劣或發生森林火災的情況下飛行安全會受到嚴重威脅，而且維護成本較高，不能滿足林業的日常化管理。而輕型無人機系列飛行高度和飛行范圍便于控制，可以靈活調整拍攝區域，增強拍攝的針對性。多個無人機協同工作，可以實現拍攝主體與細節相互映襯、相得益彰。航拍應用入門較低，能對重大自然災害、突發事件進行直播。無人機航拍不受地面場地條件限制，可提升林區防火救災的效率。

3.1.4 可實現遠程指揮

無人機采集的音視頻信息通過加密微波無線專網傳輸至地面接收機或集成式地面站，再通過有線、4G或衛星通道傳送至指揮中心，連入林業監控專網或林業指揮系統。采集的信息也可直接接入用戶的專有網絡，人員可靈活、可靠地進行遠程訪問及調度。通過專用網絡可實現無人機遠程控制，在幾千公里外甚至更遠的指揮中心實現無人機畫面實時查看及無人機實時操控，可在省市及國家林業部門調看現場圖像并控制無人機飛行，實現遠程互動與指揮。

3.2 待解決的問題

3.2.1 技術性問題

首先，無人機技術是無人機直播的重要依托，但其自身還存在一些短板，比如機用電池續航能力問題，直播現場信號強弱問題，以及由于直播平臺推流方式不同造成的直播延時等問題。其次，直播所采用的輕型無人機系列的飛行狀態會受到天氣等環境的影響，比如無人機飛行的穩定性會被突然的天氣環境變化影響，此外，雨天進行無人機飛行及航拍也會對直播產生一定的影響。但是，任何技術性問題都會隨著實踐及科技的發展而逐步解決。隨著5G時代的到來，無人機直播音視頻信息也終將突破延時等問題，直播質量也會實現超高清。

3.2.2 法規性問題

2017年，國務院、中央軍委空中交通管制委員會、公安部、民航局等陸續出臺了無人機飛行管理法規，包括《無人駕駛航空器專項整治方案》《全國公安機關開展“低小慢”航空器專項整治行動工作方案》《民用無人駕駛航空器實名制登記管理規定》等。這些法規的出臺標志著無人機的使用正逐步走向規范化，在某些方面也對無人機在行業中的正常使用形成了制約。但技術的進步會倒逼政府政策的調整，美國無人機法規這些年的調整趨勢正說明了這點，無人機使用的法規性問題會逐步合理化解決。

4 總結與展望

在無人機上搭載高清攝像頭、音頻模塊以及網絡傳輸模塊形成的無人機直播平臺，應用于區域森林防火巡檢方面的方案實施與分析，表明了無人機直播技術在林業巡檢工作中起到重要的輔助作用。當消防人員開始巡查工作時，將巡查現場視頻實時傳輸至系統監控中心，在巡邏工作過程中，消防人員能夠通過圖傳系統記錄現場畫面，如有需要，監控中心可開啟音視頻的實時傳輸；當森林防火巡檢遇到緊急突發事件或基層人員無法解決的問題時，巡查人員可以通過圖傳系統向監控中心報警求助，上級部門的執法處理意見和調度指令可對現場人員進行實時傳遞，指導現場執法工作，及時有效處理突發事件和復雜事件，從而保障森林消防工作的順利完成。使用無人機直播技術在對交通條件差、危險性高的地區進行可燃物調查、野外火源監控、森林防火巡護、森林火災撲救指揮和災后調查評估等方面都具有重要意義。所有新生事物的發展都會經歷逐步發展成熟的過程。盡管無人機直播目前還存在一些待完善的問題，但是瑕不掩瑜，隨著技術進步、時代發展與長期有效實踐，這些問題會得到有效解決。