森林滅火實戰(zhàn)中無人機技術(shù)的應(yīng)用分析

劉慶新

摘 要：森林由于面積較大，一旦發(fā)生火災(zāi)，其過火面積較大且蔓延速度較快，撲救難度較大，給森林造成嚴(yán)重?fù)p失。而隨著我國消防滅火救援水平的不斷提升，無人機在森林滅火實戰(zhàn)中應(yīng)用普及率也得到了較大程度上的提升。無人機由于具有較大的靈活性和機動性，飛行范圍較廣，不僅可為地面撲救人員提供偵查數(shù)據(jù)，更可掛載相關(guān)設(shè)備來協(xié)同滅火，應(yīng)用前景十分廣泛。本文分析無人機在森林滅火實戰(zhàn)中的技術(shù)需求，并指出無人機在森林滅火實戰(zhàn)應(yīng)用中存在的問題，并針對問題提出優(yōu)化對策，以期為今后開展相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：森林滅火實戰(zhàn);無人機技術(shù);應(yīng)用策略

引言：近年來，我國發(fā)生森林火災(zāi)的頻次相較從前來說有了較大程度上的提升，在撲救上所投入的人力和物力也在不斷增加，給林區(qū)附近居民生活和生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響，更降低了森林的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。傳統(tǒng)森林滅火實戰(zhàn)中，由于受到技術(shù)水平的影響，在滅火方式上較為傳統(tǒng)，也無法及時對火災(zāi)發(fā)生情況進行偵查，并且偵查成本較高，這也使得其普及率和技術(shù)水平均不高。而在無人機出現(xiàn)之后，其由于成本較低且靈活性較強，被廣泛運用到森林滅火實戰(zhàn)中，并取得了較好的效果。

一、無人機在森林滅火實戰(zhàn)中的技術(shù)需求

1.基本要素

無人機在開展森林滅火實戰(zhàn)的過程中，其在基本要素上包括監(jiān)測潛在火源、警報觸發(fā)以及對于火災(zāi)進行初步評估以及制定出應(yīng)急預(yù)案的監(jiān)測功能。并對火災(zāi)的位置進行定位，對其蔓延范圍進行追蹤并追蹤火勢變化的診斷功能;并根據(jù)火災(zāi)撲救實時情況以及風(fēng)向來對火災(zāi)未來走向進行預(yù)測的推算功能。而這些功能在一個無人機或者多個攜帶有不同傳感器的無人機和地面控制站配合上即可實現(xiàn)。其目的在于利用無人機對火勢進行追蹤，并為救援人員提供偵查數(shù)據(jù)，并利用無人機來對火勢發(fā)生情況進行預(yù)測，還可利用無人機掛載相關(guān)設(shè)備來協(xié)助滅火[1]。

在將無人機運用到森林滅火實戰(zhàn)的過程中，其所承擔(dān)的滅火任務(wù)一般分為火災(zāi)搜索、確認(rèn)以及觀察三個階段。在利用無人機開展火災(zāi)搜索的過程中，地面控制站可根據(jù)當(dāng)下火勢的變化以及無人機在類型和功能上的不同，合理分配不同的無人機所需承擔(dān)的任務(wù)，并為無人機制定飛行計劃，安排無人機依照飛行計劃來進行巡視監(jiān)測。與此同時，還可在無人機上掛載紅外攝像機以及實時視頻設(shè)備等傳感器設(shè)備，可用來進行火情的自動識別。而在這一過程中，地面控制站可要求無人機在安全距離上進行懸停，在確認(rèn)火情之后，即進入到火情的觀察階段。若井確認(rèn)之后沒有發(fā)現(xiàn)火情，即重新恢復(fù)到火情搜索階段。而在火情觀察階段，無人機可將與火災(zāi)相關(guān)的信息利用數(shù)據(jù)參數(shù)或者同步圖像的方式來回傳到地面控制站的工作人員以及滅火救援人員，便于工作人員靈活調(diào)整滅火救援計劃[2]。

從技術(shù)要求來看，無人機在這一過程中借助于其監(jiān)測系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)以及預(yù)測系統(tǒng)來實現(xiàn)。從具體的因素來看，其包括各類傳感器，如全球定位系統(tǒng)、攝像頭以及慣性測量單元;可用來進行火災(zāi)監(jiān)控、火情檢測、火情診斷以及火災(zāi)推算的特定算法和策略;可安裝在單個無人機或者多個無人機的控制系統(tǒng)、定位系統(tǒng)以及部署系統(tǒng);無人機機隊的協(xié)同定位系統(tǒng)、部署系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)，來更好的覆蓋過火區(qū)域;還包括地面控制站以及地面控制站的數(shù)據(jù)接收設(shè)備以及數(shù)據(jù)處理設(shè)備[3]。

2.技術(shù)要求

在將無人機運用到森林滅火實戰(zhàn)的過程中，為最大限度的發(fā)揮其積極作用，除以上基本要素之外，還需具備特定的技術(shù)要求。例如在一些規(guī)模較大的森林火災(zāi)現(xiàn)場中，由于過火面積較大，涉及到的因素也較多，例如風(fēng)向、煙氣以及溫濕度等。針對于此，無人機在應(yīng)用時還需滿足極端環(huán)境下的應(yīng)用需求，首先為抗風(fēng)能力，在無人機在火場附近進行航行時，由于瞬時風(fēng)速可達到6級，這也使得無人機的抗風(fēng)性能需在6級之上。其次為防煙性能，由于在火災(zāi)發(fā)生時煙霧較大，這也使得無人機還需具備強大的防煙能力以及防水能力。第三為紅外測溫功能，由于火災(zāi)具有較強的不可預(yù)測性，對于無人機來說，還需掛載具有紅外攝像機功能的監(jiān)視攝像機，并掛載輔助光源。第四為無人機的可操作性，當(dāng)無人機的巡航速度恒定在每小時18公里時，其工作范圍可在2公里之內(nèi)，所需時間為半個小時左右。無人機在半個小時之內(nèi)的電量耐久度需高于單組充電電池的平均值，并且可實現(xiàn)持續(xù)航道監(jiān)測，兩次檢查之間的間隔需在15分鐘之內(nèi)。與此同時，在無人機的飛行高度上，一般在300米之下即可滿足偵查要求。第五為兼容模式，在將無人機運用到森林滅火實戰(zhàn)中，由于森林火災(zāi)相較于普通的火災(zāi)來說具有較大的特殊性，這也使得其在應(yīng)用無人機時，無人機除常規(guī)功能之外，還需對功能進行拓展，并具有良好的兼容性以及集成性。針對于此，為保障無人機正常使用，無人機需跟對消防車到達火災(zāi)現(xiàn)場，由救援人員進行現(xiàn)場部署。若火情較為復(fù)雜，需及時在無人機上進行設(shè)備的掛載。但由于無人機的負(fù)荷量有限，在掛載系統(tǒng)時重量需在50公斤之內(nèi)。與此同時，若無人機除傳輸信息之外，還需進行溫度測量或者激光測距時，也對無人機的兼容性和集成性提出了更高要求。第六為系統(tǒng)性，由于無人機在操作上對于操作人員具有一定的要求，需在應(yīng)用無人機之前，對于操作人員及時開展培訓(xùn)，并完善培訓(xùn)體系以及評估體系，對于無人機還需完善管理體系，制定專門的人員來負(fù)責(zé)無人機的操作。對于無人機的售后，也需做好管理，保證無人機始終處于正常的工作狀態(tài)下。并且無人機由于在空中飛行，還需遵循民航的相關(guān)要求[4]。

二、無人機在森林滅火實戰(zhàn)應(yīng)用中存在的問題

1.缺乏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

無人機在森林滅火實戰(zhàn)中有著極為重要的應(yīng)用價值，可為開展火情偵查以及協(xié)同滅火提供有力支持。但由于無人機出現(xiàn)時間較晚，應(yīng)用在森林滅火中的時間也較短，這也使得無人機在森林滅火實戰(zhàn)應(yīng)用中還存在一系列問題。首先為無人機在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上還不完善。當(dāng)下我國尚未制定出完善的研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)以及生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，盡管我國當(dāng)下制造無人機的公司數(shù)量在不斷增加，但由于尚未形成完善的標(biāo)準(zhǔn)，各個公司在生產(chǎn)和制造上均按照不同的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格進行，這也使得不同公司所生產(chǎn)的無人機在數(shù)據(jù)類型以及通信系統(tǒng)上還存在較大的差異性，尚未形成設(shè)計上的模塊化和專業(yè)化。另一方面，當(dāng)下在消防救援部門上尚未建立有關(guān)于無人機參與滅火救援的技術(shù)評估體系以及指標(biāo)體系，對于解決森林滅火上當(dāng)下還缺乏完善的數(shù)據(jù)支撐。并且由于森林火災(zāi)較為復(fù)雜，對于無人機的耐高溫性能、適航性能以及可探測性能均有著較高的要求。但由于受到技術(shù)條件的限制，當(dāng)下可應(yīng)用在消防滅火上的無人機類型較少，無法滿足當(dāng)下森林滅火要求[5]。

2.缺乏完善體系

由于當(dāng)下可應(yīng)用在森林滅火中的無人機類型較少，這也使得無人機當(dāng)下還缺乏完善的體系，單個負(fù)載無法為系統(tǒng)中的應(yīng)用程序做好支撐。當(dāng)下，由于無人機的通信能力以及負(fù)荷能力上還具有較大的限制，這也使得其在承擔(dān)的任務(wù)上也較為有限。其次，由于當(dāng)下的機型較為單一，但所需承擔(dān)的任務(wù)類型較多，這也使得二者之間存在較大的矛盾。當(dāng)下，我國的無人機中中型、小型以及微型較多，但在開展森林滅火救援的過程中，微型無人機使用較多，中型無人機和小型無人機的數(shù)量較少，在飛行高度、速度以及航行距離上均有著一定的限制，無法滿足實際滅火救援要求。最后，由于在管理機制上也并不完善，在設(shè)備掛載上也無法做好保障。并且由于無人機在應(yīng)用上涉及到緊急救援、區(qū)域調(diào)度、航路協(xié)調(diào)以及風(fēng)險評估等多個方面，需各個部門做好協(xié)同合作才能最大限度的發(fā)揮其積極作用。但由于缺乏完善的體系，在協(xié)同合作上難度較大[6]。

3.技術(shù)實力不足

我國研制無人機的歷史較短，在技術(shù)水平上尚不完善，技術(shù)實力不足，集中表現(xiàn)在當(dāng)下的無人機在平穩(wěn)性上不強，抗風(fēng)性能較差且耐久性上不強，在負(fù)載能力上也有限。并且當(dāng)下的無人機對于手動操縱的關(guān)注度較高，對于環(huán)境參數(shù)的實時收集以及處理上關(guān)注度較低，在自動導(dǎo)航飛行姿態(tài)控制上也缺乏研究力度，對于常見故障解決能力較差，穩(wěn)定性不強。在數(shù)據(jù)運算速度上也較慢，也為無人機的正常使用造成較大影響。在今后的研究中，還需加強無人機在數(shù)據(jù)處理以及圖像分析上的研究，并加大對于立體建模的研究力度，來真正提升無人機的適用性。

三、無人機在森林滅火實戰(zhàn)中的應(yīng)用策略

1.完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

針對于無人機在森林滅火實戰(zhàn)應(yīng)用中存在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善，適用性不強的情況，需不斷對技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行完善。在具體的實施過程中，首先需結(jié)合當(dāng)下森林滅火的實際需求，將技術(shù)研究重心放在森林火災(zāi)的預(yù)防以及撲救上。由于森林防滅火中日常工作任務(wù)、區(qū)域以及任務(wù)的特征上存在較大的差異性，需針對無人機制定出飛行需求報告。針對于電池的使用壽命、飛行高度、探測區(qū)域等較為重要的參數(shù)進行分析，并對一些較為重要的指標(biāo)值如耐溫性能、抗風(fēng)性能以及防水性能等進行分析，保障無人機的正常使用。其次，還需針對無人機的具體應(yīng)用做好總體規(guī)劃工作，可從基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，遙感技術(shù)日常任務(wù)負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)、遙感技術(shù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、安全運行智能管理等各個層次做好完善工作以及協(xié)調(diào)工作，提升無人機應(yīng)用在森林滅火實戰(zhàn)中的適用性[7]。

2.打造完備的體系

由于森林火災(zāi)較為特殊，為保障無人機真正發(fā)揮其積極作用，需為其配備多種機型，并根據(jù)日常任務(wù)的特征以及地區(qū)差異，完善無人機體系。在選擇機型以及配置中，還需將任務(wù)區(qū)域的地形以及地貌、氣候情況等多種因素均納入到考慮范圍內(nèi)，合理配備固定翼機型以及多旋翼機型，并根據(jù)實際情況選擇配備電動無人機或者油動力無人機。

另一方面，還需結(jié)合森林滅火的實際需求，配備光學(xué)或者紅外系統(tǒng)、多光譜儀、雷達系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、地貌測繪系統(tǒng)以及磁探測系統(tǒng)，并為其配備對應(yīng)的服務(wù)平臺，便于在極端環(huán)境下更好的開展林區(qū)火情偵察工作以及探測工作，提升無人機在滅火中的數(shù)據(jù)處理效率[8]。

3.提升技術(shù)實力

為更好的解決當(dāng)下我國在無人機技術(shù)上不成熟的局限性，還需不斷提升技術(shù)水平，結(jié)合我國實際國情，合理并吸收發(fā)達國家在無人機技術(shù)研制上的先進經(jīng)驗，打造屬于我國自身的研發(fā)體系，提升研發(fā)水平[9]。

四、結(jié)語

無人機應(yīng)用在森林滅火中可有效提升滅火救援效率，但由于受到技術(shù)限制，在具體應(yīng)用中還存在較大問題。針對于此，需完善無人機的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，打造完備的體系并不斷提升技術(shù)實力，來最大限度的發(fā)揮無人機的積極作用，提升我國森林消防滅火水平。

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