无人机在高原森林灭火中的应用

杨飞

摘要：近年来，受气候变化和藏地旅游活动开发等的影响，藏东南地区林火呈现多发频发态势。这里自然环境复杂，林区植被茂密，地形多为高山峡谷，沟壑纵横、坡陡林密，在灭火队伍无法靠近的情况下，如何高效利用无人机开展火场侦察、信息传输、空中指挥等任务，如何针对初发火、悬崖火和蔓延火投掷灭火弹进行有效控制，成为高原森林消防队伍强化战斗力的新课题、新方向、新选择。研讨无人机在消防灭火救援中的各类应用情况，以期为相关工作提供一定的参考。

关键词：无人机；高原森林火灾；无人机协同作业

近年来，随着无人机技术的普及和发展，多旋翼无人机在消防救援队伍中逐渐广泛应用，应急救援无人机的发展进入快车道，其全面覆盖的勘探视角、灵活机动的行动能力、丰富多样的功能挂载，为应急救援行动提供了强有力的辅助支撑，但受定制化程度低、标准不成规范体系等影响，也制约专业能力提升。如何在“全灾种、大应急”救援形势下，进一步提升消防无人机应用效能，具有重要的现实意义。

1 无人机的优点及消防应急救援中的应用

1.1  消防无人机概况及分类

1.1.1  消防无人机概况

无人驾驶飞机简称“无人机”，指采用遥控设备发射指令，通过提前预设好的操作程序做出相应动作的不载人飞机。按功能区分由以下四部分组成主体：飞行单元、核心传感器、数据链接系统和地面遥控工作站。目前，消防无人机普遍应用于火情侦察、调度指挥、火场建模以及空投简易物资等方面，并且能为指挥员制定灭火计划、调整力量部署提供客观全面的数据参考。

1.1.2  无人机的分类

根据不同的分类方式，无人机的分类如下：

①按照飞行单元构型分类：主流无人机有固定翼无人机、无人直升机（飞船）和多旋翼无人机等。固定翼无人机类似于缩小版的民航飞机，利用上升气流推动机翼巡航，多用于军用无人机，具有飞行速度快、动作执行迅速、续航能力强等特点；无人直升机（飞船）则是灵活起飞、停收的不二之选，垂直直降时对场地要求标准低；多旋翼（三轴以上）无人机是通过每个轴上的动力装置带动旋翼产生向上推力，从而操控飞行，是目前市场上的无人机首选种类。

②按应用领域分类：无人机主要有军用和民用（含工业）两类，主要区别为：军用无人机在飞行速度、特殊环境生存能力、可靠性、巡航高度、续航能力等方面的要求更高、更精密，主要有作战、侦察、预警伴飞、训练靶机、通信中继以及物资投送等机型。民用无人机在各项技术指标要求上相对宽松，主要优势是成本低廉、更新换代迅速、型号升级简单、使用操作方便、培训时间较短，一般应用于辅助救援、空中航拍、水文监测、宣传播报、现场勘察、3D建模和距离测量等方面。

③按大小分类：按照无人机重量及外形尺寸的大小，可以分为微型无人机、小型无人机、轻型无人机、中型无人机和大型无人机五类，见表1。

④按使用升限高度分类：可分为超低空无人机、低空无人机、中空无人机、高空无人机和超高空无人机五类，见表2。

⑤按航程（或活动半径）分类：可分为超近程无人机、近程无人机、短程无人机、中程无人机和远程无人机五类，见表3。

1.2  無人机的优点

1.2.1  使用操作成本较低

无人机结构简单，机械组件要求相对较低，易于拆卸、更换和维护，与需要特殊滑行道的大型飞机和需要专用停机坪的直升机不同，无人机的操作简单，训练周期较短。无人机具有双重控制模式，前置时间较短，在紧急情况下可以发挥早期发现作用，在事故调查、责任追查上发挥着不可替代的作用。无人机还可以和4G/5G网络进行连接，低空抵近进行火势监测，为现场指挥员提供较为清晰的火灾画面，提高灭火救援指挥的精准度。

1.2.2  任务执行可靠性高

与传统森林消防灭火方式相比，无人机执行灭火任务时，消防救援人员可以远程操控无人机，开展灭火弹投放、水泵枪头喷水作业，有效避免或减少森林火灾对消防人员的伤害，同时在现场勘查中遇有紧急情况还可提前预警，确保一线人员安全[1]。

1.2.3  现场数据采集高效

森林消防无人机摄像头高清画质使无人机能够更加清晰地拍摄和传达整个火灾现场态势，尤其是森林火灾现场面积较大，地形复杂，火情变化快，第一时间全面掌握火场情况至关重要。红外摄像头全地形扫描和3D镜头建模可为科学决策、高效灭火提供有效依据。

1.3  无人机在消防应急救援中的实际应用

1.3.1  现场巡查

当发生事故灾害时，可远程操纵无人机进行现场侦察和巡查。首先，无人机在现场环境不明、地面人员无法抵近侦查的情况下，可以规避地形制约，利用高空飞行的机动能力灵活开展侦察。其次，采用无人机空中侦察，可以提升侦察和巡查效率，快速抵达，收集信息，预估环境，将现场的关键因素传输回前指，让现场指挥人员第一时间掌握火场情况，做出正确决策部署。最后，采用无人高空巡查可避免勘察人员进入有毒、有害、易燃、易爆的危险复杂环境中，既可避免不必要的人员伤亡，又能细致全面地掌握情况[2]。

1.3.2  监控跟踪

在森林灭火作战中，灾害事故现场往往地形复杂、险象环生，而利用无人机开展监控跟踪，在进行精准灾情变化监控的同时，还能够发挥提前预警的作用，现场指挥人员可以动态掌握灾害发展情况，随时调整战术，预设安全区域，最大限度减少非必要损失。

1.3.3  救援辅助

在各类人员搜救场合，无人机灵活的装备携带、投送能力也可以发挥关键作用。一是利用语音、扩音装置传达指令，无人机实时空中呼喊和传达指令更加及时，相较地面呼喊将更有效。二是利用救援无人机携带救援器材（如救生圈、防毒面具、绳索等），迅速抵达被困人员位置精准抛投，能够提升生存率，缩短救援流程，为营救争取宝贵时间。三是在通信受阻的环境下，无人机的集成转信模块配合地面系留系统，可临时作为转信台，建立起无线通信中继链路。四是利用无人机的集成镜头航拍测绘，在灾害处置前期，将事故现场的地形地貌情况扫描，转制成测绘图并上传指挥部，为救援的开展提供有力支撑[3]。

1.3.4  现场灭火

发生火灾时，消防无人机挂载不同的装备即可实现空中洒水或化学灭火剂（含阻燃剂）抛洒、防火隔离带开设、防火线点烧、人工降雨、火场应急救援、灭火物资运送、后勤物资补给、“移动航站”前方指挥保障等功能，平时还可用于防火传单和其他宣传品空投。在执行森林灭火任务中，消防无人机集群作战可轮番对火场区域投掷灭火弹或喷射灭火干粉，取得快速灭火的效果，配合地面队伍实现快速打开突破口的效果。

2 高原森林特点及高原森林火灾中无人机的使用情况

2.1  高原森林特点

2.1.1  植被、地形特点

高原植被类型极为丰富，主要有高原冻原、高原与亚高原草甸、亚高原灌丛、高寒垫状植被、高寒草原、高寒荒漠、高寒沼泽与沼泽草甸以及高原流石滩稀疏植被等。高原地区地形复杂，有山脉、峽谷、冰川、裸石、戈壁等多种地貌，通常以高寒山地为主，山高坡陡，地势高低差异大，空气流经这里因摩擦、阻碍的作用，形成了复杂的小气候，经常有强烈的升降气流。山越高，风越大，乱流就越强；山地坡向不同，气流也各异，迎风坡是上升气流，背风坡是下降气流。

2.1.2  高原森林火灾时空分布

旱季、雨季交替的地区发生森林火灾的频次较高。雨季时，森林里的植物生长迅速，同时积累大量的枯枝落叶。这些枯枝落叶在旱季时逐渐干燥且不断积累，而细小的杂草、枯枝落叶遇到明火会成为危险的引火物，因此旱季更容易发生森林火灾。

高原地区年降水量的变化和火灾的发生频次具有显著正相关。靠近高海拔山顶部分，虽然降水较少，空气干燥，但是氧含量低，不易引发森林草原火灾；山脚海拔较低山区，由于空气中相对氧含量较高，湿度较大，林草植被丰富，干旱年份容易发生火灾。

白天太阳辐射的强度随时刻变化。中午太阳辐射强度大，气温较高，相对湿度较小，加上午后的林间风力加大，发生森林火灾的频次较高。早晨或者傍晚气温较低，林间湿度大，发生森林火灾的频次较低，同时也是扑灭林火的有利时机。

2.2  高原森林火灾中无人机使用情况

由于高原空气密度低，相同性能的无人机在西藏载重量和续航时间都有衰减。根据目前无人机在灭火实战中的现状看，通用型无人机在高原地区空载飞行时间衰减约30%，满载飞行时间衰减35%，续航里程缩短33%左右，与内地环境相比，电池电量消耗快，充电时间长，单机无法连续作业。另外，无人机数据链受功率和频段限制，通信距离与飞行高度成正比，高原地区地形复杂，遮挡干扰多，飞行高度过高影响灭火精度，降低高度又容易出现数据断链，对操作手的技术要求较高。

3 无人机应用于灭火救援中存在的不足

3.1  无人机配备不齐全，操作手数量短缺

从当前队伍配备无人机情况看，无人机作为新型装备整体配备数量较少，而且在已配备的无人机中侦察类无人机占绝大多数，可以直接用于任务一线的重型消防救援无人机配备率低，只有极少数总队或支队有少量配备。同时可以承担一线救援任务飞行的操作手队伍也亟待壮大，现有操作手只能满足远距离的侦察飞行和监控飞行，缺少抵近操控飞机进行一线救援任务飞行的能力。

3.2  训练操法尚未出台，操作能力仍需提升

新型的重型消防救援无人机装备数量少，在一线作业和使用更少，难以和现有技战法手段进行融合，加之尚处于探索阶段，没有固定的操法，缺乏有效的探索，对操作人员的训练针对性不强，操作人员的能力水平参差不齐。而且，即便在当下取得了无人机CAAC、AOPA或UTC飞行执照，在灭火实践中也不一定具备操控无人机进行灭火作战的能力，如何与现有技战法配合，研究制定新的培训操法需要加快进度。

3.3  无人机初战使用不够，灭火救援实际应用受局限

现有的消防无人机都集中在任务分队，一般等待应急部门通报火情后才能集结出发，等到达现场后火势已蔓延，浪费了初期小火阶段无人机扑灭能力强的优势，单个装备配置的无人机数量无法对高强度火头进行有效打击和扑灭，只能等待机会进行火线分割，或者物资运输、火场复查、烟点清理、复燃点扑救等，无法发挥出足够的效能。

3.4  定制化程度不高，针对消防救援应用面窄

应急救援中，无人机的应用场景复杂、对象多变，当前市场上运用到消防救援中的无人机，其机体防水、防风、防高温、防腐蚀等抵抗恶劣环境的能力不强；在长时间执行灭火和应急救援任务时，有限的续航能力无法实现持续作业，即便是多组电池轮换上阵仍显得杯水车薪。另外，无人机的防爆能力、自身防护能力不强，无法进入有爆炸风险的场所作业，电动无人机的载重低，在灾害事故现场的承载作业受到限制。

4 无人机协同作业探索

4.1  无人机协同作业应用特性分析

无人机协同作业是指无人机与无人机之间、无人机与现有装备之间、无人机与队员之间的合作作业模式，通过充分挖掘无人机各种功能，再与现有技战法结合，研究出配套全新的装备使用模式和应急救援战法训法，尽最大努力实现智能化指挥和科技化融合，最大限度减少救援人员可能面临的危险因素，不断提升救援能力和救援效率。

4.2  无人机协同作业可行性研究

通过前期在高原的测试和使用情况来看，无人机在指挥、救援、保障等多个领域均有良好表现。灭火前期，侦察类无人机可以开展现场信息采集、实时信息更新，提供比常规观测手段更详细、更直观、更准确的现场态势信息，为人员调度、方案制定等环节提供精准的现场情报。灭火中期，重型消防救援无人机具有机动灵活、空中高位优势，可以替代或协助一线救援人员在初期小型火点、复燃点、跑火点及攻坚任务的分隔火线等场景发挥作用。同时可以兼顾物资保障转运，减少人力运输物资带来的人员占用。灭火后期，巡查侦测类无人机可结合双光云台快速巡查火场，及时排查烟点、复燃点，指挥投入人员或重型救援无人机快速准确扑救，提高处置效率[4]。

4.3  無人机协同作业战法研究

在救援实践中我们感到，现有的侦察类无人机和重型消防救援无人机在森林火灾扑救中已经发挥了比较好的实战作用，初步开展了多种无人机配合、多个无人机集群灭火战法探索，同时在地空结合、人装结合中加大研训演练，摸索出一个无人机与现有技战法配合模式，进一步深挖无人机功能，拓展更多可适用场景，完善技战法，使无人机协同作业形成更强战斗力。

5 无人机的应用建议及思考

5.1  建立健全消防无人机发展法律规范

当前，消防无人机方面的法律规范较少，一方面是由于无人机属于新兴事物，法律存在一定的滞后性；另一方面是由于当前无人机应用范围还不够广泛。无人机的操作没有完备的规范指引，因此必须出台相应的规范，确保消防无人机在执勤或者飞行的时候更加安全顺利。要将消防无人机建设应用纳入新时期消防工作统筹规划，研究制定消防无人机发展规划。要科学制定消防无人机建设应用标准、规范和配套措施，健全研发、应用、配备、管理等相应工作机制，加强统筹规划，实现长效发展。

5.2  切实加强消防无人机专业人才培养

积极对接相关部门和培训机构，要求相关人员考取无人机驾驶证，确保每个基层中队不少于5名持证飞手，并建立无人机飞手人才储备库。总队、支队应统一编排推出贴近实战的应急救援飞手课程，提供理论指导和支撑。日常训练中，要保证飞手飞行时间，重点开展无人机基础理论学习、装备性能学习，开展飞行前检查训练、基础飞行训练、实时图传训练、地面站功能训练及全景照片制作、高空喊话、定点抛投、三维建模等操作训练。要本着“以考促训、以考促战”的原则将无人机业务考核纳入年度考核方案，指挥系统中增加无人机要素，优化指挥系统，跟踪指导飞手复训、续评工作，倒逼无人机飞手能力提升。要把无人机训练加入灭火救援实战演练，针对高山峡谷、桥底涵洞等不同场所和白天、夜间、有风、雨雪等不同天气环境，开展针对性训练，同时在实战中检查操作手“三能”“四会”能力。

5.3  强力推进消防无人机实战化应用

在接到预先号令后，要按照“5163”（5名队员、1辆车、6类装备、3日给养）配备，做到无人机战时随警出动，初战就到场，第一时间升空开展水源寻找和初步火情侦察，前指到达现场后，要确保将无人机高空侦察、实时图传及辅助救援工作贯穿于灭火救援行动全过程。要根据高原地区森林灭火作战中不同应用场景，科学配备无人机挂载；要运用热成像功能配合开展火情侦察，运用气体侦检模块开展可燃气体和有毒气体浓度检测；运用抛投功能输送装备物资推动实战化运用。战斗结束后，要按照“每战必评”原则，总结讲评无人机实战应用经验教训，深刻剖析问题短板，探索固化实战应用战法，提高无人机飞手实战水平。要注重资料留存和成果转化，汇总照片、视频、模型等航拍作品，建立无人机应用战例库，常态化开展分析研判，辅助提升工作质效[5]。

5.4  有力有序推动消防无人机探索研发

要主动对接专业部门，和运营商、专业航拍团队建立联勤联动机制，加强培训学习，不断提升自主创新能力。要经常性地进行日常飞行演练，从日常训练中找出问题、解决问题，不断摸索向服务合作模式的过渡。要加强基层中队与研发制造商的协作沟通，形成“需求—研发—论证—装备—实践”的良性循环。要加大对机身轻便、续航能力强、拆卸灵活、耐高温、耐腐蚀的无人机的研发，在提升载重量、提高抛投精度、增强抗风能力、应对复杂火场气象环境方面下功夫，打造集侦察、预警、摄像图传、轻型装备投放、灭火剂喷射等模块于一体的多功能模块化无人机。

6 结语

无人机在森林灭火救援中的作用优势十分明显，但是载重、续航时间和灭火手段方面的短板也不容忽视，这些都需要在任务和训练中逐步摸索，探讨解决方法，进一步调整战法、升级装备、优化方案，确保无人机在未来的战场上发挥更大作用。

参考文献：

[1]李建有，张水锋，张思玉.无人机在森林消防领域的应用概述[J]森林防火，2018（1）45-49.

[2]刘福，秦军.森林防火灭火中的无人机应用探讨[J]福建林业科技，2016，43（4）：220-223.

[3]张晖.无人机在消防灭火救援中的应用分析[J]消防界，2022，8（1）：

51-53.

[4]王秋华，周万书，陈宏刚.无人机在森林消防中的应用探讨[C]//2016现代森林消防发展论坛论文集，2016：232-236.

[5]刘玉洁，吕振义，刘亚京，等.无人机在林火防控中的应用[J]森林防火，2019（4）：36-40.

The application of drones in highland forest firefighting

Yang Fei

（Linzhi City Forest Fire Division，Tibet Linzhi 860000）

Abstract： In recent years， affected by climate change and the development of tourism activities in Tibet， forest fires in southeastern Tibet have shown more frequent occurrence. Here the natural environment is complex， dense forest vegetation， the terrain is mostly high mountain valleys， gullies， steep slopes and dense forests， in the case of firefighting teams can not approach， how to efficiently use unmanned aircraft to carry out fire reconnaissance， information transmission， air command and other tasks， how to throw fire bombs for the initial fire， cliff fire and spreading fire for effective control， become a new issue， new direction， new highland forest firefighting team to strengthen combat effectiveness. choice. The various applications of drones in firefighting and rescue are examined in order to provide some reference for related work.

Keywords： UAV; plateau forest fire; UAV cooperative operation