無人機系統在森林防火中的應用探析

曹然

（河北省木蘭圍場國有林場，河北 承德 068450）

森林火災是森林自然災害中破壞性、危害性極大的災害之一。其突發性強、撲救難度大，一旦蔓延開來，會對森林資源及林區生態系統造成極大破壞，危及林區人民的生命財產安全。無人機是一種可遠程操控的無人駕駛飛行器，在軍事領域的發展應用已經相對比較成熟，近年來逐漸在氣象、農業、林業等民用領域得到廣泛的應用。無人機系統具有造價低廉、操作簡便、機動靈活、使用安全等特點，相對于其他森林防火技術而言具有獨特的應用優勢，能廣泛適應森林防火的各項工作任務需求，如森林防火日常巡護、森林可燃物調查、野外火源監控、森林火災火情偵察與輔助撲救、災后余火監測及火情調查評估等。

一、無人機系統概況

（一）簡介

無人機就是沒有駕駛人員的飛行器，傳統的定義上把這樣的飛行器稱作靶機，無人機是其俗稱。無人機由無人靶機、無人駕駛飛機和遙控飛行器三部分組成，能夠在脫離人員的駕駛情況下，依據實際情況，自主控制或和地控人員合作的半自控模式完成任務。無人機系統包括一個或多個地面控制系統或控制站、飛行器、有效載荷及數據鏈路、有效載荷、發射及回收系統、地面處理和維護系統等。

（二）工作原理

1.機載飛行系統

機載飛行平臺包括機體、控制器、傳感器、執行器、CCD和無限通信等單元部件。在森林防火中，其主要任務是確保整個無人機森林火災監測系統的正常運行，是無人機森林防火系統的基礎。而地面監測控制平臺負責記錄無人機飛行軌跡、飛行位置和姿態的信息，存儲和輸出無人機拍攝傳回地面的圖像數據，上傳由地面控制平臺發出的指令，變更無人機的飛行軌跡或方向。它的主要單元部件有：監測計算機、遙控器和無線通訊系統等。

2.機載控制系統

機載飛行平臺的設計受機載控制系統的影響，就森林防火系統中的無人機來說，其機身的載重量很輕，它不但要承載機載控制系統，還要承載無線通訊設備和監測儀器等,這就要求相關的硬件要具備體積小、重量輕、能耗低等特點。此外，設計還應考慮抗干擾能力、系統升級等問題。應用于森林防火系統的無人機的機載控制系統，除了要有傳感器、執行器、控制器外，還要有具有CCD攝像頭以及配件的圖像模塊來向地面發回圖像或相關的數據。

3.地面處理系統

地面處理系統的主要組成部分為數傳、圖傳電臺，遙控發射器、數據處理器和計算機。數傳、圖傳電臺的作用是接收機載電臺發出的圖像數據；遙控發射器負責對機載飛行系統發射控制指令；計算機則是用來顯示接收到的圖像信息和飛行參數數據等方面。

二、無人機系統在森林防火中的應用

（一）無人機系統在空中巡航中的應用

無人機系統分為兩部分：飛行器主體和地面控制中心，可以通過全自動或半自動控制開展飛行、監測、記錄等任務。無人機系統依賴于遠程遙感、全球定位系統(GPS)、數字傳輸、無線通信等技術，從而將無人機飛行過程中收集到的地表信息數據、圖像影音資料快速準確地傳送給地面控制中心。無人機系統在森林防火中的應用，可以彌補人工監測的漏洞，更為快捷、全面地獲得森林防火信息，更大程度地減少火災發生概率。無人機系統上配有高分辨率攝像裝置、紅外線探測裝置等高科技設備，能采集到高清地表圖像，將采集到的圖像內容進行快速實時傳送，地面控制中心可以更好地了解森林資源動態。無人機系統的飛行、控制、收回操作十分簡單、方便，防火工作人員可以快速掌握并應用在森林防火工作中。所以，無人機系統在空中巡航中的應用，可以有效減輕森林防火人員的負擔，輔助工作人員快速準確得到森林防火數據。

（二）火災撲救應用

從客觀的角度上來說，森林區域內常常會堆積大量的落葉，而這些落葉在發生火災時便會成為助長火勢的重要元素，再加上自然風的作用，火勢一旦發生很容易朝著風向區域進行快速蔓延，擴大火勢規模和范圍，因此工作人員在發生森林火災時，若不能及時地掌握森林火勢的蔓延方向和發展情況，則很難在較短的時間內對其有效地控制，而無人機系統在進行巡視的過程中，可以從宏觀的角度將整個火災發生的初始位置以及蔓延的方向向工作人員進行呈現，而工作人員可以以此為理論依據更加有針對性地實施火災撲救作業，實現森林滅火的高效性。

（三）無人機系統在日常監測中的應用

無人機系統在森林防火日常監測工作中發揮著重要的應用價值。通過地面控制中心對無人機的飛行軌跡進行合理規劃，在特定的范圍內可以進行24h不間斷監測。第一時間發現森林火災，精確地向地面指揮中心報告起火點，使救援速度更為迅速、救火方案更有針對性，有效控制火勢范圍，最大限度地降低森林火災帶來的環境破壞及人身安全威脅，避免更大范圍的火災發生。在日常工作中需要工作人員對無人機設置飛行區域軌跡，全方位立體監控森林變化情況。無人機系統在日常監測過程中可以隨時將森林影像資料、數據分析傳送到地面控制中心，從而做到精準監測，排除火災隱患，避免大規模森林火災發生。

三、無人機系統在森林防火中發展

當今社會是一個信息高速發展的新時代，世界各國都對無人機研究、發展和應用也越來越重視。我國在重視無人機在軍事領域發展的同時，還堅持無人機軍民結合的發展道路，帶動民用無人機的發展，尤其是在森林防火方面，無人機以其獨具的優勢得到一定程度的推動和發展。但我國無人機系統在森林防火方面，還處在初始階段，沒有形成規模，其中還存在著無人機升級技術不夠完善、抗風能力差、監測圖像精度有待提高等方面的技術問題。但相信隨著相關科研的投入不斷加大，研究的不斷深入，無人機不但在森林防火方面的應用會更加廣泛，技術更加成熟；還會在我國資源保護、農業發展、科技發明等領域得到很好的開發應用，發展前景相當樂觀。