無人機在森林防火領域的應用及發展思考

溥恩波

（云南省玉溪市林火監測中心，云南 玉溪 653100）

引言

作為一種開放性生態系統，一旦發生火災，森林資源便會受到嚴重危害，森林火災具有突發性強、滅火困難等特點，主要高發于草灌茂密、植被豐富的區域，因此要做森林防火工作。當前我國森林消防領域正在積極推廣無人機技術，利用現代無人機智能化、功能化的優勢，對火災進行監測控制，提高滅火救援效率。無人機屬于遠程操控飛行器，不僅搭載了相應的設備和系統，同時在不斷研發過程中功能日漸多樣，能夠輔助開展森林防火工作，比如森林防火巡護、野外火源監控以及森林火災撲救等，對我國消防事業發展有著深遠影響。

1.無人機在森林防火領域中的作用和效益

1.1 無人機在森林防火領域中的作用

森林火災往往具有一定突發性、多樣性特點，并且相比其他火災事故類型救援更加困難，但是有了無人機的支持，森林防火工作效率將會得到顯著提升。由于我國森林面積較廣，若要依靠人力資源進行監控，往往需要投入龐大的人力、物力資源，同時很難保障人員安全，相比之下無人機能夠在不同的環境、氣候條件下進行探查，按照要求進行空中監測，獲取詳細的數據信息。因此無人機是替代人力資源的最佳選擇，無須林業部門人員進入深山，減少了意外事故的發生，其次無人機還能協助消防人員開展滅火工作，將火災及時撲滅降低損失。

1.2 無人機為森林防火工作帶來的效益

森林作為生態環境中一部分，不僅能夠推動社會經濟發展， 還會為人類創造舒適健康的生存環境，但火災事故往往會造成大量森林資源損失，一旦失去控制便會引發大面積火災險情。無人機在森林防火工作中的應用價值顯而易見，除了減少人力資源、物力資源的投入外，還能最大化保護生態環境和不可估量的經濟與社會效益。盡管無人機技術的應用時間較短，但已經展現出巨大的價值和潛力，未來加強研發不斷拓展無人機功能，將會推動森林防火水平進一步提升，為我國消防事業發展打下扎實基礎。

2.無人機在森林防火領域的應用實踐

2.1 護林巡查與野外火源管理

無人機在森林防火領域中的潛力巨大，可以發揮出多種不同功能，并且應用于森林防火工作中的無人機續航能力強、操作靈活，能夠在日常巡查和野外火源管理中起到作用。消防無人機應急速度快，比較適合大面積森林防火工作巡查，相比傳統地面巡查監測范圍更廣，同時有利于保障消防人員安全，在人、車無法進入的區域內，即可利用無人機的優勢進行監測。現階段無人機功能十分強大，安裝了高清透霧攝像機、GPS全球定位系統等，提前輸入參數即可按照預定航線巡查，并將獲取到的影像信息傳輸給操作人員。運行過程中支持多角度、多方位監測，系統會對沿途火情自動鎖定，借助智能識別發現可疑火點，由操作人員改變指令重點巡查。通過實踐應用來看無人機有利于降低人力資源的使用，大大減輕林業工作者的勞動負擔，同時提高了森林火災監測與管理效率，為滅火救援工作爭取更多時間。

2.2 火情監控和偵查

森林火災往往具有一定突發性，并且受到環境影響火勢迅猛，會隨著環境變化而出現變化，另外森林火災在持續燃燒中會產生大量濃煙，導致火災區域的能見度大大降低，濃煙也會受到風向影響產生變化，大大提高了火情監控難度。在應用無人機利用搭載的攝像設備，即可對森林火災展開全方位監控，包括火情的發展態勢等，通過持續觀察為地面滅火救援人員創造有利條件。無人機能夠將獲取到的信息傳輸到地面指揮站，從而直觀看到火場影像數據，消防部門借助數據參考有效組織部署，切實提高滅火救援效率，減少消防人員的傷亡。另外無人機搭載了紅外熱像儀等專業設備，在森林火災勘察中及時發現暗火，并發出警報提示地面指揮站，避免出現火災復燃的情況，通過搭配高清視頻、傳感器，獲取有利于火災救援的決策依據。例如我國2011年仁化縣，就利用小型旋翼無人機展開監測，明確火災具體面積，直觀反映出火災的發生過程與強度，并且對蔓延方向進行預測，切實降低森林火災引發的傷亡與損失。

2.3 遠程指揮與通信

森林火災大多發生在林區內，這也是滅火救援工作較為困難的主要原因，加上地理環境十分復雜，部分地區山高林密，很容易出現信號傳遞不及時的問題，無法保障森林防火工作的高效開展。當前無人機搭載了遠程通信技術，能夠充分保障火災救援過程中的通信線路順暢，避免火情信息傳遞不及時，為森林滅火救援工作提供支持。在特殊的環境下無人機也能實現遠程指揮，與指揮系統進行對接，協調地名部隊進行滅火作業，如果目前來看無人機的負載能力相對有限，直接導致圖像傳輸、數據傳輸仍存在限制，并且無法進行集成獲取、傳遞。另外在5G通信技術的支持下，無人機的通信功能將迎來大幅提升，有利于傳遞高清數據、強化數據資源處理能力，進一步提高我國森林防火無人機技術水平。

2.4 參與輔助應急救援

近些年無人機技術快速發展，并應用到我國森林防火領域中，在面對地理條件復雜、氣候環境復雜的條件下也能進行火災監測，除此之外無人機還可以參與到輔助應急救援工作中，切實提高森林滅火救援效率。以往無人機大多數應用在火情監測、火災監察工作中，利用搭載的攝影模塊獲取火災區域數據信息，當前無人機增加了航拍測繪模塊，相比傳統單一攝像功能有了不小提升，通過空中航拍即可繪制出地形圖，為地面開展滅火救援工作創造有利條件。另外語音模塊的安裝，能夠及時為地面救援部隊傳達指令、提供災害信息，在復雜的環境下提高火災救援效率，尤其是火災失控后時，通知地面部隊撤離危險區域，提供緊急疏散路線保障消防人員安全。另外很多具備負重功能的無人機，可以在火災救援工作中協助拋繩、攜帶滅火設備，或直接在空中進行灑水、滅火劑，有利于控制森林火災蔓延。

2.5 災后調查評估

為了滿足使用需求無人機大多體積小巧，并且具有操作靈活、環境適應性強等特點，通過應用無人機即可減少森林防火工作量，提高災后調查評估精準度。目前森林火災后大多都會利用無人機進行空中拍攝，對地物地形位置、大小展開調查，同時明確火災邊界與受災林分邊界位置，有效判斷火災后造成的損害程度。另外無人機搭載了GPS全球定位系統，結合林業地理信息系統即可精準分析出火災事故造成的損害面積，包括森林資源的損失程度等，促使我國森林火災事故評估更為專業化。例如森林防火領域早期使用的PHANNTOM-2無人機，就能獲取清晰的火場特征，為調查評估工作提供圖像信息，加快災后調查、評估效率。

2.6 森林可燃地被物調查

當前無人機在森林防火領域中的應用十分廣泛，不僅限于森林火災救援工作，比如在森林可燃地被物的調查中同樣可以發揮巨大價值，利用固定翼無人機航拍，借助搭載的可見光與多光譜攝像機，按照預定高度和路線進行拍攝，同時借助相關軟件對拍攝圖像拼接、校正處理。在調查過程中無人機能夠確定林地類型、森林樹種組成、樹高、郁閉度等等，包括整個林區內存在的地表可燃物種類、載量。獲取數據后通過建模，清晰呈現出地表中不同的植物類型、森林可燃地被物種類等，有利于我國森林防火工作開展，提前對可能出現的火災事故進行預防。

3.無人機在森林防火領域的發展趨勢

3.1 提高無人機森林防火實戰性能

對于森林防火領域來說，無人機要展現出更多實戰性能，而不是停留在演練、預防等環節，未來應重視打造滅火救援實戰無人機系統，真正將無人機應用的森林防護領域中，甚至參與各類火災事故救援任務，接受各種高風險環境的挑戰。為了提高無人機在森林防火領域中的應用效果，應加強研究多臺無人機協同作戰系統，在面對大范圍森林火災時，利用多臺無人機協調配合展開救援任務，而單機與多機的配合將會大幅提高救援工作效率。例如在發生森林火災事故后，消防部門利用多臺無人機分散執行不同任務，包括火情監測、人員搜索以及輔助救援等，或將所有無人機進行組裝配套，幫助消防人員完成車輛起重操作、運輸滅火設備等，通過多臺無人機協調配合大大提高滅火、救援效率。另外要借助現代科學技術，進一步提高消防無人機的智能化水平，融合大數據、云計算、AI技術等，為森林火災事故提供更為詳細、準確的數據信息，從而制定科學合理的滅火救援行動方案。

3.2 完善森林消防無人機管理制度

當下除了提高無人機的智能化水平外，應構建完善的管理制度，尤其是森林防火領域中的應用，比如制定詳細的發展建設規劃、無人機使用技術準則、無人機技術研發實踐以及日常應用管理等，通過加強頂層設計為無人機在森林消防領域中實踐奠定良好基礎。其次重視無人機操作管理制度建設，如森林火災事故發生后，按照制度要求開展救援活動，及時進行響應、空域申請以及無人機布點，充分發揮出無人機在森林防火工作中的價值。另外地區消防救援局、總隊以及支隊，都要構建相應的無人機操控、管理部門，在出現森林火災事故后能夠快速采取行動，切實提高滅火救援效率。根據森林防火工作特點，制定相應的消防無人機技術標準，包括消防無人機的型號、維護保障等，逐漸形成制度化管理，滿足森林滅火救援實戰需求。

3.3 全面優化森林消防無人機材質

目前來看無人機在我國森林防火工作中作用顯著，不僅可以隨時掌握火災變化情況，還能夠輔助消防人員進行滅火救援，切實保障了我國森林滅火救援工作開展，發揮出火災預警、指揮統籌以及滅火等重要價值。但是森林火災往往更加嚴峻，在火災失去控制后迅速燃燒不斷擴大面積，嚴重破壞森林結構與環境，由于森林中較為干燥且雜草叢生，所以火勢往往更為猛烈，對于消防無人機來說充滿挑戰。因此未來無人機的研究要重視材質、續航等問題，尤其是無人機本身的材料必須耐高溫，但是應注意不能隨意改變無人機結構，要在原有的系統結構下進行調整，比如在無人機表面或關鍵位置涂抹防火材料，以此來增強消防無人機耐高溫性能，以便在森林防火工作中發揮出更大價值。目前來看無人機主要采用金屬鋁箔、耐高溫漆以及玻璃纖維等材料，但是除了耐高溫性能外，應注意無人機外觀磨損問題，其次優化造型設計、軟硬件系統，促使消防無人機性能得到全面提升，為森林防火工作開展奠定扎實基礎。

3.4 豐富森林消防無人機各項功能

為了提高無人機在森林防火領域中的作用和價值，未來應拓展無人機的功能性，例如安裝紅外熱成像儀、彩色數字攝影儀等，支持無人機在不同的條件下獲取火災數據信息，更加全面地對火場進行空中監測，即使較為惡劣的火災中也能穩定獲取信息，及時傳輸到地面指揮站為滅火救援部署提供參考依據。其次借助現代科技手段實現無人機語音交互功能，在運行條件下由操作人員的語音進行控制，同時安裝大功率揚聲器，在森林火災救援過程中及時與地面消防人員進行交互，為滅火工作提供有效指導，切實保障消防工作人員的安全。另外森林火災往往具有一定持續性，會涉及夜間滅火工作，可以在無人機設備上安裝強光照明系統，盡量避免與其他功能產生影響，這樣在夜間也能參與滅火救援工作，并提供清晰的拍攝畫面，為森林火災救援工作創造有利條件。

3.5 加強人才培養和森林消防無人機推廣

現階段我國應加強無人機專業人才培養，尤其是森林防火領域中，由于無人機在森林防火工作中出現時間較短，不僅技術尚未成熟，同時缺乏相應的人才，因此我國應重點培養無人機專業技術人才。對于人才培養主要分為兩個方面，首先是無人機制造領域的人才，主要加強無人機技術研發，不斷拓展無人機的消防功能，以便在森林防火工作中發揮出更大價值，其次是操作、維護人才，主要由消防部門進行培養，在發生森林火災事故后能夠跟隨隊伍進入現場，利用無人機技術對火災進行監控，或協助地面人員展開輔助救援工作，同時做好日常的維護管理，保障無人機正常運行。目前來看我國在無人機專業人才上仍然有著較大空缺，因此必須加強培養，推動我國消防事業健康發展。除此之外積極推廣無人機技術，將無人機落實到森林防火工作中，由于應用時間不長，導致很多地區未能及時普及，在森林防火工作中的應用較少。未來應重視無人機技術推廣，比如積極開展無人機森林防火試點工作，組織消防部門、林業部門進行學習，了解消防無人機特點與操作，切實發揮出無人機在森林防火工作中的作用與價值。

4.結束語

無人機大多借助無線通信技術進行遠程操作，最早應用在偵查與拍攝等領域內，但是伴隨著現代科技的突破，無人機也在朝著智能化方向發展，為應用到更多行業創造有利條件。當前我國森林防火可以借助無人機提高工作效率和水平，通過無人機遠程操控的特點加強日常巡查，充分做到防患于未然，同時還能將無人機運用到火災救援中，切實降低森林火災損失。由此可見無人機對于森林防火工作有著重要意義，未來應針對性研究無人機的各項功能，不斷擴大在森林防火中的實踐范圍，形成規模化的技術標準，為森林火災監測提供幫助，切實增強我國的森林火災監測管理水平，維護好珍貴的森林資源。