固定翼特種飛機森林防火系統應用分析

唐健仁 白銀剛 宋在杰

摘要：概述了研制固定翼特種飛機森林防火系統的需求背景和研制目的，分析了國內外典型中小型特種飛機的特點和應用方向，闡述了特種飛機森林防火系統應用場景;詳細描述了機上任務系統組成和設計原理;結合實際工程應用，介紹了DA42-MPP飛機森林防火系統的性能指標，并通過應急演練實戰驗證應用效果。

關鍵詞：森林防火;特種飛機;固定翼飛機

1?研究背景與目的

《全國森林防火規劃（2016-2025年）》[1]文件強調，需要加強森林航空消防能力建設，引進新技術，提升空中巡護和火場偵察能力。在森林火災防控中開展空中巡護和火場偵察，實現森林航空消防火情發現早、報告準、滅在小的目標，可提高森林航空消防效益，挽回價值數以億計的林業經濟損失[2]。

相比直升機來說，特種飛機是固定翼飛機，具有速度快、航程遠、作業時間長的優勢，可實現快速機動，大范圍林區火情預警監測。基于特種飛機平臺，可集成先進機載光電吊艙和機載衛星通信系統等任務載荷，借助光電吊艙獲取林區高清可見光/紅外視頻圖像，可及時發現并定位小火點，也可對大型火場實施偵察勘測，利用機載衛星通信系統實現超視距回傳高清視頻圖像至地面指揮中心，為滅火行動指揮決策提供科學依據。

本文重點分析了典型中小型特種飛機的性能和平臺特點，以及特種飛機在森林防火中的綜合應用場景、系統功能和設計原理，結合實際工程應用，詳細描述了特種飛機森林防火系統性能，以及森林防火演練實戰驗證應用效果。

2?國內外典型中小型特種飛機

利用成熟的中小型特種飛機改裝成森林防火型特種飛機，是提高森林航空消防效益的有效途徑。這類特種飛機平臺通過加裝光電吊艙、通信設備等任務載荷，可實現空中監視、搜索、定位、航拍以及視頻回傳等功能。這類森林防火型特種飛機，其采購和運營成本低，可靠性高，可有效降低用戶使用成本，提高預警監測和偵察勘測作業效率。

2.1?塞斯納208飛機[3]

塞斯納208，又稱塞斯納大篷車，是美國塞斯納飛機公司研制生產的一款10～14座單發渦輪螺旋槳式多用途輕型通用飛機，被廣泛運用于軍事、貨運、民航等方面。該機通過改裝，可以用于空中巡查勘測、農林作業。

塞斯納208B型飛機長度12.7米，翼展15.9米，高度4.27米;空機重1979千克，最大起飛總重3969千克，最大可用載重2005千克;最大航程1680千米。

2.2?運-12飛機[4]

運-12飛機是中航工業哈爾濱飛機制造公司在運-11基礎上，深入改進研制的輕型雙發多用途運輸機。可用作客貨短途運輸、空降空投、農林作業、地質勘探，還可改裝用于海洋監測、空中游覽等。

運12飛機長度14.86米，翼展17.235米，高度5.575米;最大起飛重量5000公斤，標準貨運載重1700公斤;航程1400千米。

2.3?DA42-MPP飛機

DA42-MPP飛機已由中電科蕪湖鉆石飛機制造有限公司實現整機國產化，DA42-MPP飛機是一款原生的多用途飛機，目前已有7種吊艙取得歐洲航空安全局（EASA）、中國民用航空局（CAAC）雙認證，根據作業任務需要，可在機頭、機腹、機背組合搭配集成各類任務載荷，基于此類吊艙組合的DA42-MPP飛機構型都已取得型號認可證（VTC），無需重新進行適航認證。DA42-MPP飛機的應用領域主要有森林防火、航空測繪、偵察巡邏、環保監測、電力巡線及油氣管道巡線等。

DA42-MPP飛機長度8.7米，翼展13.42米，高度2.49米;最大起飛重量2001公斤，有效載荷600千克;最大航程2357千米。

3?特種飛機森林防火系統

3.1應用場景分析

特種飛機森林防火系統可以應用于森林火災防控的各個階段，主要包括空中巡護、火場偵察、空中指揮調度、輔助應急救援、余火監控、災后調查與評估等應用場景[5]。

3.1.1空中巡護

特種飛機可在森林火災多發季節進行林區航空巡護，按照預定航線巡護飛行，利用光電吊艙可見光和紅外傳感器，監測林區火情，當發現煙柱、煙云等疑似火情，可以切換到紅外探測及偽彩測溫模式，測定具體溫度，超過150℃判定為火情，再進一步測定位置坐標，實時上報地面指揮中心。

3.1.2火場偵察

在發生火情時，特種飛機可以飛赴火災現場進行火場偵察，并進行動態監測。通過光電吊艙的目標定位功能，測定火場位置坐標，拍攝火場可見光和紅外視頻，利用衛星通信鏈路實時回傳視頻和數據。并根據火場燃燒程度、火場范圍、周邊地形、風力風向、火場溫度等情況進行火場發展態勢分析，反饋火情等級預估。

3.1.3空中指揮調度

特種飛機可在地面指揮中心與火災現場之間建立起穩定高效的無線通信鏈路，快速搭建起覆蓋任務區域的應急指揮通信系統，既可滿足前指指揮員對滅火行動的指揮通信需求，又可以通過信息終端與滅火直升機及地面消防救援人員共享火場動態信息。依據火場發展態勢信息，指揮調度滅火直升機的滅火作業和地面消防救援人員的滅火行動。

3.1.4輔助應急救援

地面消防救援人員身在山中，往往無法實時準確掌握火場發展態勢信息，林火行為變化對人員的生命安全構成嚴重威脅。特種飛機可重點關注風力風向變化情況，共享火場發展態勢信息，輔助其在適當的位置開設隔離帶、安全避險區域，明確撤離路線。

3.1.5余火監控

在火場清理階段，特種飛機可以利用光電吊艙紅外成像傳感器探測殘火、暗火，能夠直觀地看出火場熱值分布，標出比較容易出現復燃的區域，使地面消防救援人員對余火清理更具有方向性。

3.1.6災后調查與評估

火災后的損失評估，受到地形條件的制約，往往無法人工實地勘測和準確評估。特種飛機可以從空中拍攝照片和視頻，結合地理信息系統和目標定位技術，可以確定過火區域的面積、輪廓、林木受損情況等信息，為災后評估提供準確數據。

3.2?系統功能和設計原理

森林防火特種飛機任務系統主要由光電吊艙、機載衛星通信系統、機上顯控系統，以及語音設備等組成。特種飛機集成高性能光電吊艙和機載衛星通信系統，可在森林火災高發季節對森林進行大范圍巡護，對潛在火災進行預警，當檢測出林區局部溫度上升到150℃以上時，立即測定具體溫度和位置，實時上報地面指揮中心;可在發生森林大火時，進行火場偵察和動態監測，快速定位著火點，生成位置信息、火場面積等情報，并實時上報，以便地面指揮中心科學決策和指揮調度;利用衛星通信鏈路，使其具備適應復雜山地環境作業的通信能力，實現超視距實時視頻和數據回傳，以及與地面指揮中心話音通信，接受巡護任務和偵察指令;另外可兼顧森林防火中的空中指揮調度、輔助應急救援、余火監控和災后評估等任務。

4?實際工程應用

采用上述設計原理，在DA42-MPP飛機平臺上實現了特種飛機森林防火系統。在DA42-MPP飛機通用機頭吊艙內加裝光電吊艙，在機背衛通天線罩內加裝機載衛星通信系統，其集成任務載荷后外形如圖3所示，實物樣機地面展示照片如圖4所示。

4.1系統性能介紹

該特種飛機森林防火系統采用雙發四座布局，全復合材料機身，使用航空煤油作為燃料，配備防冰系統，具有低油耗、高可靠性、高安全性、抗風能力強等特點，其主要性能參數如表1所示。

4.2?森林防火演練實戰驗證

該特種飛機森林防火系統經過了森林防火演練實戰驗證。演練過程中，在空中巡護模式下可見光發現煙點和明火（圖6），切換至紅外探測到明顯火點（圖7），進行具體溫度測定、快速定位、測算火點面積，通過衛星通信鏈路實時下傳火點信息至指揮中心;在轉入火場偵察模式后，在一定高度上俯瞰火場全貌，配合滅火直升機、地面消防救援隊伍開展滅火行動（圖8），并將火場視頻通過衛星通信鏈路實時回傳至指揮中心（圖9）。

5?結論

特種飛機森林防火系統在DA42-MPP平臺上已實現，并成功完成森林防火演練實戰驗證。在實戰演練中，特種飛機森林防火系統靈活機動，快速抵達演練現場，通過光電吊艙及早發現火點，獲取火情信息，在通過衛星通信鏈路實時下傳至地面指揮中心，為實現森林火災“打早、打小、打了”的目標，提供了“早發現”的前提條件，為撲火行動的指揮決策提供了科學依據。根據特種飛機森林防火系統的性能特點，適用于我國西南和東北大型林區的空中巡護和火場偵察任務作業，也可以兼顧其他災害種類的空中偵察勘測任務。

參考文獻：

[1]國家林業局.全國森林防火規劃（2016-2025年）[Z].?2016-08.

[2]覃先林，李曉彤，劉樹超，等.中國林火衛星遙感預警監測技術研究進展[J].?遙感學報，?2020（5）：511-520.

[3]?Cessna?208?Caravan?[EB/OL].?[2020-11-30].?https：//en.wikipedia.org/wiki/Cessna_208_Caravan.

[4]固定翼飛機?[EB/OL].?[2020-11-30].?http：//www.hafei.com/ywly/cpzt/gdyfj/index.shtml.

[5]趙國剛.無人機在森林防火滅火中的應用探析[J].消防界，2019（11）：65.