无人机在森林防火中的应用探究∗——以雾灵山国家级自然保护区为例

苗雨飞

（河北雾灵山国家级自然保护区管理中心，河北 承德 067300）

森林火灾突发性强，危害性大，发生后扑救困难，后果严重，不仅会影响人民的生命及财产安全，还会引发各种生态问题[1-2]。因此，我国一直非常重视森林防火工作。

自然保护区一般分布在人迹罕至且植被丰富地区，是森林火灾多发地区。使用无人机技术，可实现在交通条件较差的林区进行实时监控，达到预防火灾、火情监测、灾后调查等目的[3]。本文旨在通过分析无人机在雾灵山国家级自然保护区森林防火的应用，为森林防火工作提供借鉴。

1 案例背景和无人机概念

1.1 案例背景

雾灵山国家级自然保护区位于北京、天津和河北唐山、承德之间，保护区内有高等植物1 870种，陆生脊椎动物173种[4]。雾灵山生物资源丰富，因此被专家誉为“华北物种基因库”。

雾灵山国家级自然保护区海拔2 118 m，总面积14 264.9 hm2，共划分出三个区域：核心区、缓冲区、实验区。1）核心区。面积4 100 hm2，占总面积的28.9%。属天然林区，主要植被有阔叶林、针叶林、针阔混交林、草甸，是保护植物分布较集中的区域，是被保护动物的重要栖息地。2）缓冲区。面积2 500 hm2，占总面积的17.6%。以天然阔叶林为主，分布少量人工林。3）实验区。面积7 600 hm2，占总面积的53.5%。以天然阔叶林为主，大部分人工油松、落叶松林分布在该区[5]。

雾灵山林区茂密，是京津地区重要生态屏障，直接关系着京津生态安全。在保持水土、涵养水源、防风固沙、调节气候、净化空气等方面发挥着重要的生态作用[6]。

1.2 无人机概念

无人机指无人驾驶飞机，是利用无线遥控技术或内置程序操控的不载人飞机[7]。从飞行平台构型可分为固定翼无人机、旋翼无人机、无人飞艇、伞翼无人机、扑翼无人机等。它具有体积小、性价比高、无场地要求、使用方便等优点，可携带多种设备完成一定的空中飞行任务[8]。保护区森林防火原则是以预防为主，预防是森林防火的关键和前提。将无人机应用到森林防火中，可提高人们对周围环境的监测和探查能力，有效防范和遏制森林火灾，提高森林火灾救援的效率和安全性，保护人民群众生命财产和森林生态安全[9]。

2 无人机在森林防火中的主要应用

2.1 护林巡护

保护区的火源管控工作是森林防火工作的重点，雾灵山国家级自然保护区森林资源分布点多、面广、战线长，辖区内地形多种多样，沟多谷深并成辐射状分布，进山道路多。虽已安排较多人员进行野外护林防火巡护，但保护区尤其是核心区面积较大，且存在部分道路不通的区域，易降低火源发现速度。

无人机不受地形限制且飞行速度较快，可高效完成保护区内防火巡护工作[10]。无人机可携带高清相机、GPS全球定位系统等，按照特定航线对林区进行监控且没有路线重合。其搭载的红外热成像仪还可发现林区内肉眼难以发现的隐火，把林火消灭在初始阶段[11]。其行动灵活机动、监测范围广，不仅能监控到林区每一个角落，还能及时发现火情和隐火，同时还能进行全局监测、准确采集数据。无人机应用于野外护林防火巡护，可极大提高监测速度和监测精度，大幅提高工作效率和火源报告准确度，能减轻人员消耗，节约人力物力[12-13]。

2.2 火情监测

森林火灾发生时，火源产生了非常高的温度和对人体有害的浓烟，风速大、能见度极低，无法人工监测。无人机能携带高清透雾摄影仪、风向风速仪、高分辨率红外热成像仪等监测设备，且本身耐高温，可在林火中自由移动进行监测工作[2-14]。基于无人机拍摄的火灾影像，指挥部门能看到实时火情展现，准确分析出火情火势，并以最快速度制定全方位扑灭方案，帮助消防人员快速、准确、安全到达指定地点，高效率完成扑灭工作，减少消防人员伤亡[15]。必要时还可用载重无人机短时间向受灾区域内投递防烟面罩、防火服、急救药物、食物等物品，协助扑火和救援工作[16]。

2.3 火灾调查

森林火灾调查需短时间内对受害森林面积、人员伤亡、其他经济损失等情况进行全面了解，并调查出森林火灾发生原因、查找出肇事者等。以往森林火灾调查是由工作人员到扑灭的火场进行勘测，确定火灾实际受灾面积和损失状况，工作效率不高，且存在一定的危险性[17]。

利用无人机在空中拍摄高清图片可确定受灾区域情况，无人机搭载的GPS全球定位系统可确定火灾位置，为灾后调查提供技术支持。同时，其搭载的红外热成像仪可分析出林火蔓延趋势，推断火灾起源，加快森林火灾案件的侦破速度[15-18]。

3 无人机应用建议

3.1 选用不同型号无人机

目前保护区森林防火中常用的无人机是小型固定翼无人机和小型多旋翼无人机，其上能搭载多种监测设备，如高清透雾摄影仪、红外热成像仪、风向风速仪、GPS全球定位系统等[19]。

小型固定翼无人机具有飞行速度快、飞行距离长、飞行高度高、自动设置航线飞行、自动设置降落点等优点；但不够灵活且不能悬停、起降需要辅助设备。因此，保护区将小型固定翼无人机用于日常野外护林防火巡护。需要制定起降点、安排专业操作人员提前设置好固定巡护航线，同时根据实际需求搭载监测设备[14]。

小型多旋翼无人机具有机动性强、可悬停、可垂直升降、携带方便等优点，缺点是续航能力低、飞行速度慢、飞行高度低、只能人工遥控、飞行距离短。因此，保护区将小型多旋翼无人机用于火情监测和灾后调查。在使用时，根据人工遥控操作指挥无人机到某一地点或围绕某一范围进行拍摄记录，并把实时影像传输至接收设备，为地面人员提供实时全景画面，同时可根据搭载的监测设备分析数据，如灾情变化图、风险警示图等[3]。

3.2 培养专业技术人才

操作无人机需要专业培训。由于无人机在森林防火中的应用时间尚短，且无人机应用受到较多限制，如火场高温、浓烟等，还没有能专用于森林防火的无人机类型。因此，我国无人机发展不仅需要专业技术人才，还需要无人机研发人才，使无人机更加契合森林防火业务需要，有关部门可增加相关研发投入。

3.3 推进无人机防火应用

目前，我国无人机在森林防火领域应用处于初始阶段，尚未形成技术标准和应用体系。而且，无人机性能方面也需要加强，如耐高温、可搭载灭火弹或其他灭火介质等，以便更好地在火场工作[20]。

4 结语

随着科技发展，无人机技术逐渐应用于森林防火工作之中。无人机技术在保护区森林防火工作中具有较好应用前景，能有效解决工作人员数量不足、安全系数低等问题，提高森林防火工作效率和安全系数，助力自然资源保护和林业经济的发展。