森林灭火实战中无人机技术的应用分析

2022-05-23刘庆新

中国应急管理科学 2022年2期

刘庆新

摘要：森林由于面积较大，一旦发生火灾，其过火面积较大且蔓延速度较快，扑救难度较大，给森林造成严重损失。而随着我国消防灭火救援水平的不断提升，无人机在森林灭火实战中应用普及率也得到了較大程度上的提升。无人机由于具有较大的灵活性和机动性，飞行范围较广，不仅可为地面扑救人员提供侦查数据，更可挂载相关设备来协同灭火，应用前景十分广泛。本文分析无人机在森林灭火实战中的技术需求，并指出无人机在森林灭火实战应用中存在的问题，并针对问题提出优化对策，以期为今后开展相关研究提供参考。

关键词：森林灭火实战;无人机技术;应用策略

引言：近年来，我国发生森林火灾的频次相较从前来说有了较大程度上的提升，在扑救上所投入的人力和物力也在不断增加，给林区附近居民生活和生产造成了严重的影响，更降低了森林的经济效益和生态效益。传统森林灭火实战中，由于受到技术水平的影响，在灭火方式上较为传统，也无法及时对火灾发生情况进行侦查，并且侦查成本较高，这也使得其普及率和技术水平均不高。而在无人机出现之后，其由于成本较低且灵活性较强，被广泛运用到森林灭火实战中，并取得了较好的效果。

一、无人机在森林灭火实战中的技术需求

1.基本要素

无人机在开展森林灭火实战的过程中，其在基本要素上包括监测潜在火源、警报触发以及对于火灾进行初步评估以及制定出应急预案的监测功能。并对火灾的位置进行定位，对其蔓延范围进行追踪并追踪火势变化的诊断功能;并根据火灾扑救实时情况以及风向来对火灾未来走向进行预测的推算功能。而这些功能在一个无人机或者多个携带有不同传感器的无人机和地面控制站配合上即可实现。其目的在于利用无人机对火势进行追踪，并为救援人员提供侦查数据，并利用无人机来对火势发生情况进行预测，还可利用无人机挂载相关设备来协助灭火[1]。

在将无人机运用到森林灭火实战的过程中，其所承担的灭火任务一般分为火灾搜索、确认以及观察三个阶段。在利用无人机开展火灾搜索的过程中，地面控制站可根据当下火势的变化以及无人机在类型和功能上的不同，合理分配不同的无人机所需承担的任务，并为无人机制定飞行计划，安排无人机依照飞行计划来进行巡视监测。与此同时，还可在无人机上挂载红外摄像机以及实时视频设备等传感器设备，可用来进行火情的自动识别。而在这一过程中，地面控制站可要求无人机在安全距离上进行悬停，在确认火情之后，即进入到火情的观察阶段。若井确认之后没有发现火情，即重新恢复到火情搜索阶段。而在火情观察阶段，无人机可将与火灾相关的信息利用数据参数或者同步图像的方式来回传到地面控制站的工作人员以及灭火救援人员，便于工作人员灵活调整灭火救援计划[2]。

从技术要求来看，无人机在这一过程中借助于其监测系统、检测系统、诊断系统以及预测系统来实现。从具体的因素来看，其包括各类传感器，如全球定位系统、摄像头以及惯性测量单元;可用来进行火灾监控、火情检测、火情诊断以及火灾推算的特定算法和策略;可安装在单个无人机或者多个无人机的控制系统、定位系统以及部署系统;无人机机队的协同定位系统、部署系统以及控制系统，来更好的覆盖过火区域;还包括地面控制站以及地面控制站的数据接收设备以及数据处理设备[3]。

2.技术要求

在将无人机运用到森林灭火实战的过程中，为最大限度的发挥其积极作用，除以上基本要素之外，还需具备特定的技术要求。例如在一些规模较大的森林火灾现场中，由于过火面积较大，涉及到的因素也较多，例如风向、烟气以及温湿度等。针对于此，无人机在应用时还需满足极端环境下的应用需求，首先为抗风能力，在无人机在火场附近进行航行时，由于瞬时风速可达到6级，这也使得无人机的抗风性能需在6级之上。其次为防烟性能，由于在火灾发生时烟雾较大，这也使得无人机还需具备强大的防烟能力以及防水能力。第三为红外测温功能，由于火灾具有较强的不可预测性，对于无人机来说，还需挂载具有红外摄像机功能的监视摄像机，并挂载辅助光源。第四为无人机的可操作性，当无人机的巡航速度恒定在每小时18公里时，其工作范围可在2公里之内，所需时间为半个小时左右。无人机在半个小时之内的电量耐久度需高于单组充电电池的平均值，并且可实现持续航道监测，两次检查之间的间隔需在15分钟之内。与此同时，在无人机的飞行高度上，一般在300米之下即可满足侦查要求。第五为兼容模式，在将无人机运用到森林灭火实战中，由于森林火灾相较于普通的火灾来说具有较大的特殊性，这也使得其在应用无人机时，无人机除常规功能之外，还需对功能进行拓展，并具有良好的兼容性以及集成性。针对于此，为保障无人机正常使用，无人机需跟对消防车到达火灾现场，由救援人员进行现场部署。若火情较为复杂，需及时在无人机上进行设备的挂载。但由于无人机的负荷量有限，在挂载系统时重量需在50公斤之内。与此同时，若无人机除传输信息之外，还需进行温度测量或者激光测距时，也对无人机的兼容性和集成性提出了更高要求。第六为系统性，由于无人机在操作上对于操作人员具有一定的要求，需在应用无人机之前，对于操作人员及时开展培训，并完善培训体系以及评估体系，对于无人机还需完善管理体系，制定专门的人员来负责无人机的操作。对于无人机的售后，也需做好管理，保证无人机始终处于正常的工作状态下。并且无人机由于在空中飞行，还需遵循民航的相关要求[4]。

二、无人机在森林灭火实战应用中存在的问题

1.缺乏技术标准

无人机在森林灭火实战中有着极为重要的应用价值，可为开展火情侦查以及协同灭火提供有力支持。但由于无人机出现时间较晚，应用在森林灭火中的时间也较短，这也使得无人机在森林灭火实战应用中还存在一系列问题。首先为无人机在技术标准上还不完善。当下我国尚未制定出完善的研发标准以及生产标准，尽管我国当下制造无人机的公司数量在不断增加，但由于尚未形成完善的标准，各个公司在生产和制造上均按照不同的标准和规格进行，这也使得不同公司所生产的无人机在数据类型以及通信系统上还存在较大的差异性，尚未形成设计上的模块化和专业化。另一方面，当下在消防救援部门上尚未建立有关于无人机参与灭火救援的技术评估体系以及指标体系，对于解决森林灭火上当下还缺乏完善的数据支撑。并且由于森林火灾较为复杂，对于无人机的耐高温性能、适航性能以及可探测性能均有着较高的要求。但由于受到技术条件的限制，当下可应用在消防灭火上的无人机类型较少，无法满足当下森林灭火要求[5]。

2.缺乏完善体系

由于当下可应用在森林灭火中的无人机类型较少，这也使得无人机当下还缺乏完善的体系，单个负载无法为系统中的应用程序做好支撑。当下，由于无人机的通信能力以及负荷能力上还具有较大的限制，这也使得其在承担的任务上也较为有限。其次，由于当下的机型较为单一，但所需承担的任务类型较多，这也使得二者之间存在较大的矛盾。当下，我国的无人机中中型、小型以及微型较多，但在开展森林灭火救援的过程中，微型无人机使用较多，中型无人机和小型无人机的数量较少，在飞行高度、速度以及航行距离上均有着一定的限制，无法满足实际灭火救援要求。最后，由于在管理机制上也并不完善，在设备挂载上也无法做好保障。并且由于无人机在应用上涉及到紧急救援、区域调度、航路协调以及风险评估等多个方面，需各个部门做好协同合作才能最大限度的发挥其积极作用。但由于缺乏完善的体系，在协同合作上难度较大[6]。

3.技术实力不足

我国研制无人机的历史较短，在技术水平上尚不完善，技术实力不足，集中表现在当下的无人机在平稳性上不强，抗风性能较差且耐久性上不强，在负载能力上也有限。并且当下的无人机对于手动操纵的关注度较高，对于环境参数的实时收集以及处理上关注度较低，在自动导航飞行姿态控制上也缺乏研究力度，对于常见故障解决能力较差，稳定性不强。在数据运算速度上也较慢，也为无人机的正常使用造成较大影响。在今后的研究中，还需加强无人机在数据处理以及图像分析上的研究，并加大对于立体建模的研究力度，来真正提升无人机的适用性。

三、无人机在森林灭火实战中的应用策略

1.完善技术标准

针对于无人机在森林灭火实战应用中存在技术标准不完善，适用性不强的情况，需不断对技术标准进行完善。在具体的实施过程中，首先需结合当下森林灭火的实际需求，将技术研究重心放在森林火灾的预防以及扑救上。由于森林防灭火中日常工作任务、区域以及任务的特征上存在较大的差异性，需针对无人机制定出飞行需求报告。针对于电池的使用寿命、飞行高度、探测区域等较为重要的参数进行分析，并对一些较为重要的指标值如耐温性能、抗风性能以及防水性能等进行分析，保障无人机的正常使用。其次，还需针对无人机的具体应用做好总体规划工作，可从基础标准，遥感技术日常任务负荷标准、数据传输标准、遥感技术数据处理系统标准、安全运行智能管理等各个层次做好完善工作以及协调工作，提升无人机应用在森林灭火实战中的适用性[7]。

2.打造完备的体系

由于森林火灾较为特殊，为保障无人机真正发挥其积极作用，需为其配备多种机型，并根据日常任务的特征以及地区差异，完善无人机体系。在选择机型以及配置中，还需将任务区域的地形以及地貌、气候情况等多种因素均纳入到考虑范围内，合理配备固定翼机型以及多旋翼机型，并根据实际情况选择配备电动无人机或者油动力无人机。

另一方面，还需结合森林灭火的实际需求，配备光学或者红外系统、多光谱仪、雷达系统、通信系统、地貌测绘系统以及磁探测系统，并为其配备对应的服务平台，便于在极端环境下更好的开展林区火情侦察工作以及探测工作，提升无人机在灭火中的数据处理效率[8]。

3.提升技术实力

为更好的解决当下我国在无人机技术上不成熟的局限性，还需不断提升技术水平，结合我国实际国情，合理并吸收发达国家在无人机技术研制上的先进经验，打造属于我国自身的研发体系，提升研发水平[9]。

四、结语

无人机应用在森林灭火中可有效提升灭火救援效率，但由于受到技術限制，在具体应用中还存在较大问题。针对于此，需完善无人机的技术标准，打造完备的体系并不断提升技术实力，来最大限度的发挥无人机的积极作用，提升我国森林消防灭火水平。

参考文献：

[1]朱聪，梁增友，邓德志，等. 无人机用森林灭火弹发射特性研究[J]. 消防科学与技术，2020，39（4）：506-509.

[2]魏俊鋆，张杰，惠文婷. 无人机在子午岭合水林区森林防灭火中的应用[J]. 农业科技与信息，2020（6）：88，90.

[3]罗选疆，付钰杰，纪任鑫，等. 无人机系统在国家森林消防队伍中的实战应用探析[J]. 今日消防，2020，5（9）：34-36，39.

[4]梁宁，袁新利，赵高鑫. 无人机在森林防火方面的应用及其发展[J]. 农家致富顾问，2020（4）：193-194.