浅议无人机在森林航空消防中的应用

郭少东

（河南省森林航空消防站河南郑州450003）

摘要：随 着生态文明建设的快速发展，森林防火越来越受到人们的重视。森林航空消防的优势越来越明显，引用无人机参与森林航空消防必能使森林航空消防的空中优势得以 充分发挥。无人机系统相对于有人机来讲，具有机动快速、使用成本低、维护操作简单等技术特点，它可以弥补现阶段我国森林航空消防有人机的许多不足，并通过 搭载不同的任务载荷可以在林区巡护、卫星热点侦察、火场侦察等方面发挥监测功能，使有人机尽可能多的应用在直接扑火中，进而使森林航空消防的优势得以充分 发挥。

关键词：无人机；森林航空消防；林区巡护；火场侦察

林 业是生态省建设的主体，在保持经济和社会发展中有着不可或缺的作用。随着全生态文明的迅速发展，每年新造林地也快速增加，森林防火任务日益繁重，压力越来 越大。同时为扑救森林火灾也耗费了大量的人力、物力和财力，森林火灾对森林资源和生态环境的破坏所造成的损失难以估量。我国每年对森林防火的投入逐步加 大，不断引进新技术、新设备，而且有不少省份较早的开展了森林航空消防业务。经过多年努力，森林航空消防“不可替代”的 优势也越来越突出，作用也越来越明显，为森林防火事业开创了新的局面。但是，在防火期内，部署在各个省份的森林航空飞机数量太少，航期时间太短，再加上有 些省份移动航站还未配置，飞行成本又高，森林航空消防的优势不能得到充分发挥。如何在现阶段条件下，引用新技术参与森林航空消防监测侦察，就成为森林航空 消防发展的一个重要课题。目前，我国无人机技术在通用航空方面的发展处于起始阶段，但也有许多省份大胆的利用这项新技术参与了森林防火，并取得成功。因 此，引用无人机在森林航空消防中应用是非常有意义的。

1 无人机概述

无 人机是一种具有优良性能的空中平台，采用智能化系统，具有自动起飞、任务规划、航线飞行、定点侦察、区域侦察、自动降落等功能。它可以用最短的时间，最大 限度地接近火灾现场，提供最直接、最真实的第一手资料，即将火灾现场的实景画面、各种数据，通过机载任务设备（光学、红外等侦察设备）适时地传回应急指挥 中心，为指挥、决策提供实时信息，真正做到第一时间、第一现场。

无人机系统有飞行器平台、飞行控制与导航系统、任务载荷系统、测控链路系统、便携式地面站系统以及地面指挥与测控车、维护系统组成。在森林航空消防上的应用主要有以下两个方面：

1.1 林区巡护、卫星热点侦察

无人机系统根据航路规划或地面指令，控制无人机按照预设的航路飞行，同时使用机载可见光摄像机和红外热像仪，对所要监控的林区作大面积的扫描、录像、拍照及巡查，实时获取重点区域的图像信息并传回地面控制站。

1.2 火场侦察

无人机搭载任务载荷在执行火场侦查任务时，安装彩色CCD任 务载荷可获取火灾损毁评估实时图像，可对重点区域获取非常详细的图像数据，对于可疑点或区域，地面人员通过遥控指令可改变无人机飞行航线及飞行高度进行详 查。详查图像通过无线电路传回地面，第一时间提供火场地理坐标（经、纬度）、过火面积、火场蔓延趋势等火场态势信息。无人机配备红外探测任务设备，在过火 地区进行红外探测，红外探测设备可穿透烟雾敏感到地表的温度情况，获取火场区域完整的地面温度分布状态图像，可使指挥部及时了解灭火效果，及时调配地面人 员对火场区域进行扑救。

2 无人机在森林航空消防应用上的优势

森林航空消防是森林防火的尖兵, 是世界先进国家森林防火的主要手段，在森林防火中的作用愈来愈突出，地位越来越稳固，森林防火越来越离不开森林航空消防。但是目前制约森林航空消防发展的，还有很多因素。

2.1 弥补有人机数量少、机种单一的问题

受 我国通用航空发展技术的影响，我国通用航空飞机数量较少，用在森林防火的飞机少之又少，并且受国家统一调配。往往一架直升机要承担林区巡护、火场侦察、兵 力运送、领导巡视、防火宣传、吊桶灭火等多种任务。火灾的前期发现和火灾扑救不能同时兼顾。如果能利用无人机技术对林区进行巡护监测，使有人机更多地应用 在火场扑救上，这样森林航空消防的优势会将更全面的发挥。

2.2 弥补有人机扑火综合效益问题

由 于受有人机数量和油量得影响，有人机真正在火场上空作业时间较短，火场前线指挥部很少能获得有人机空中洒水实时图像，影响了火场前线指挥部对火场的判断、 吊桶灭火时的实施指挥、地空配合等扑火效益。利用无人机参与火场扑救，可以将火场实时图像传到火场前线指挥部，指挥部可以根据火场情况现场指挥飞机扑火， 并且可以指挥地面扑火力量配合空中扑救，使森林航空消防空中优势得到充分发挥。

2.3 弥补森林航空消防航期较短的问题

以河南省为例，航期一般在11月份到来年的3月中旬，而河南省的火灾高发期从3月初开始到4月 底结束，往往在河南省森林火灾高发期，直升机已经被调走，严重制约着森林航空消防优势的充分发挥。特别是近几年，夏季森林防火工作也受到各级政府的重视， 因此，利用无人在重点林区或风景区进行巡护和监测，可以弥补航期较短的问题，并且也可以使有些省份在夏季继续开展森林航空消防。

3 无人机在森林航空消防应用分析

无 人机系统本身就具有机动快速、使用成本低、维护操作简单等技术特点，通过搭载不同的任务载荷可以达到与有人机相同的监测功能，而且没有人员安全方面的风 险，并且对起降场地和气象条件要求低，可在低能见度（如烟雾、夜晚等）情况下执行任务，特别是可以深入重度危险区，无需人工参与，确保人员安全。

无 人机分为固定翼和旋翼两种类型。固定翼型无人机机动灵活、外场展开迅速，操作使用简便，自成体系执行巡护、监测、定位等任务，其中的长航时无人机，具有超 长续航能力，可对指定区域实施不间断覆盖巡护或卫星热点侦察。旋翼型无人机（无人直升机）可以垂直起降、空中悬停、原地转弯、侧飞、倒飞，其性能可靠、结 构紧凑、便于携带、使用成本低、维护便利，操作人员经过培训即可以灵活操控直升机飞行。

森林航空消防对无人机的需求主要集中在林区巡护（卫星热点侦察）和火场侦察上。林区巡护或热点侦察主要要求飞机有较长时间的续航能力，和较快的巡航速度，在这方面固定翼无人机有较大的优势。火场侦察主要是对火场进行灵活、方便的监测，在这方面直升机比较有优势。

3.1 固定翼无人机在林区巡护或卫星热点侦察上的应用

固定翼无人机可以在目前有人机数量较少的情况下，参与林区巡护或热点侦察。它可以按照预设的航线飞行，同时使用任务载荷对林区作大面积的扫描、录像、拍照，可以将重点区域的图像信息传回地面，由地面传回指挥部。受目前我国无人机技术影响，市场上的无人机控制半径最大在150Km内，虽然无人机理论上可以按照有人机一样飞大航线，但超出控制半径范围，飞机完全是自主飞行，完全不可控，不可控因素太多。

因 此，在控制半径以内，派出固定翼无人机对某一区域进行长时间的巡查或热点侦察是其优势。加上无人机在飞行时成本低，特别是在某一地区出现高森林火险等级 时，派出无人机对此地区进行连续的、不间断的巡查，对火情进行早发现、早预报，变有灾为无灾、变大灾为小灾，更是有人机不可比拟的。

3.2 旋翼无人机在火场侦察方面上的应用

森 林航空消防有人机，在对火场进行侦察或扑救时，飞机空中作业有效时间短，优势不能充分发挥。而利用旋翼无人机（直升机）在有人机扑救火场时，承担火场侦察 任务，不仅能增加有人机直接扑火时间，使有人机空中扑火能力得以充分发挥。而且还可以把火场适时图像传至指挥部，使指挥部全方位了解火场蔓延和扑救情况， 从而及时调配兵力和指挥飞机进行扑救，真正实现地空配合。

火灾扑灭后，在留守扑火队员清理火场，防止复燃的情况下，无人机可以搭载红外探测任务载荷，对火烧迹地进行红外探测，获取火场内完整的地面温度分布状态图像，从而及时发现存在暗火，使指挥部能及时调配扑火队员清理暗火，保证扑火队员的生命安全，有效防止火灾复燃。

3.3 无人机实际配置分析

一般无人机系统实现基本的应用任务、日常维护及维修，标准机组至少需要设置3个岗位，分别是飞行指挥员、飞行操作员、地勤人员。如果野外起降条件较复杂，特别是固定翼无人机还应在专门的车辆上安装弹射装置，以便安全、快速起飞。无人机操作人员还应接受专门飞行操作培训，包括基本的飞行原理、系统通晓、操作员维修、模拟操作等。

3.4 无人机空中管制情况分析

无 人机小巧，也是一种飞行器，在空中飞行也需要报空管部门审批。但是无人机更多的是在某一独立区域低空活动，因此需向空管部门申请区域飞行。特别是火灾扑救 时，由于无人机和有人机都在同一独立空域进行低空作业，为保证安全应成立专门的指挥小组，对无人机、有人机进行统一指挥。

4 小结

综 上所述，无人机系统具有机动快速、使用成本低、维护操作简单的技术特点。利用固定翼无人机续航时间长、使用成本低的优势，对某一林区进行巡护或卫星热点侦 察，能大大提高防扑火能力；利用旋翼无人机飞行方式灵活、飞行气象条件要求不高的优势进行火场侦察，和有人机进行配合进行火场扑救，能大大提高地面指挥部 的指挥效率和有人机吊桶洒水的效益。因此，利用无人机参与森林航空消防监测侦察，是可行的，随着无人机技术的不断发展，无人机必将会在森林航空消防工作中 扮演重要角色。

(森林防火专业委员会办公室刊发此文)

参考文献

[1]李春锦，文泾，《无人机系统的运行管理》，北京航空航天大学，2011-05-01