无人机系统在森林防火中的应用

［摘 要］ 森林火灾对森林资源的破坏具有毁灭性，因此，切实做好森林防火工作具有重要意义。现如今，随着科学技术的飞速发展，无人机系统逐渐发展成为航空护林领域的主力军，有效解决了传统森林防火存在的成本高、效率低、难以全局掌控等难题，在林区小范围航空巡护中表现出明显的优势。基于此，结合无人机系统的组成及类型、无人机系统在森林防火上表现出的优势，对该系统在森林防火领域的应用进行探讨，为大范围推广应用无人机系统提供依据。

［关键词］ 无人机系统；森林资源；防火

［中图分类号］ S762.3 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 1674-7909（2022）04--3

0 引言

森林资源作为人类生存不可或缺的一项重要资源，不仅能为人类日常生产生活提供必需的各种林副产品及木材，又能为人类提供适宜的生存环境。因此，切实保护好森林资源至关重要［1］。而火灾作为严重影响森林资源的一种常见灾害，轻则烧毁一定的森林植被，重则威胁人类及动物的生命安全。由此可见，做好森林防火工作意义重大［2］。

以往，林业部门往往会派遣专业工作人员进行实地巡逻检察，这一方式不仅浪费了大量的人力、物力，而且难以准确观测着火点，且危险性较高。尽管我国已经成立了航空护林中心，也已经开展空中护林防火工作，然而，大多数工作人员驾驶飞机拍摄的图像往往无法满足高分辨率、高精度的要求，同时极易受到天气影响。就小林区而言，不仅极易造成资源浪费，还无法与定点观测需求相适应。而无人机在森林防火应用中表现出实时巡查能力强、操纵方便、机动灵活、功能多样化和影像实时传输等多种优势，特别是在天气状况不佳与地形复杂的林区，其应用优势更加突出［3］。基于此，笔者重点探讨无人机系统在森林防火中的应用，对于提升森林防火效果，确保森林资源的安全性，促进人与自然和谐共处等具有重要意义。

1 无人机系统的组成及类型

1.1 组成

通常，无人机系统主要包括飞行器、地面控制系统、发射与回收系统、机上有效载荷及地面维护系统等多个组成部分。其中，飞行器作为该系统的核心组成部分，由机体、数据传输系统、动力系统与飞行控制系统等四大部分组成。大多数人所谓的无人机多指无人机系统中的飞行器。

1.2 类型

按照外观结构进行划分，可以将无人机系统划分为旋翼无人机和固定翼无人机2种［4］。按照功能用途进行划分，可以将无人机系统划分为宣传无人机、通信无人机、航拍无人机、运输无人机与热红外侦察无人机等多种类型。按照动力驱动进行划分，可以将无人机系统划分为燃料驱动无人机与电力驱动无人机2种类型。

无人机的类型不同，其性能与功能也存在一定的差异。其中，有效载荷对无人机功能的多样性起到一定的决定作用。将各种不同的仪器设备搭载在无人机平台上，能使无人机具备不同的功能用途，并据此完成相应的工作任务。

2 无人机系统在森林防火中的优势

2.1 有助于控制火情

森林火灾发生后，通常火势较大，直接扑灭火源的难度较大，且无法准确判断火灾走势。此时，可应用无人机系统，由于无人机位于高空，防火人员可以直观判断火情。另外，使用无人机对森林进行定期巡查和有效监测，可大大提升巡查效率和监测效果，并可凭借其机型小、控制灵活等优势，到达巡查车和巡查人员无法深入的区域，进一步扩大巡查工作的覆盖面，有效满足森林防火的全面性要求。

2.2 减少人员伤亡

使用无人机系统最显著的优势是能够明显降低人员在防火工作中的直接参与度，使森林防火工作中的人员伤亡率得到最大限度的降低。近年来，随着科学技术的飞速发展，无人机系统也不断更新升级。现有的无人机系统既能有效监测森林火情，又能参与灭火工作，进而最大限度地降低人工巡检或灭火工作的危险性。由于森林火灾具有较高的危险性，一旦火势扩大，工作人员必须及时撤出火场，以防止出现人员伤亡。一旦工作人员未能及时撤出，必将威胁其生命安全。工作人员无法及时撤出的主要原因在于未能有效监测火情，而使用无人机系统能显著提升工作人员对火情的预判能力，不仅有助于灭火工作的开展，而且能显著降低灭火工作的危险性［4］。

2.3 有利于经济发展

无人机系统在森林防火监测中的应用能够提高森林资源的安全性，为社会经济的可持续、健康发展带来显著的效益。例如，使用多轴飞行器能减少支出与成本，降低火灾发生率，提高森林资源的安全性。

3 无人机系统在森林防火中的应用

无人机系统在森林防火工作中的应用主要包括护林巡查、火情监测侦察及辅助扑救、灾后余火监测、火灾调查及灾情评估4方面［5-6］。

3.1 护林巡查

无人机机动性和灵活性较强，可以获取大范围的森林资源状况。与载人机相比，无人机具有安全性高、成本低、易于维护及操作简便等特点。与地面巡查相比，无人机能到达人、车等无法到达的区域。无人机携带红外热成像仪、全球定位系统、高清透雾摄像仪及高清数字图像处理与传输设备等，组成对火情的监控系统，能按照预定的航线对林区进行空中巡查，并将获取的影像数据等信息传输至地面指挥中心。对监控基站附近的林区进行视频监控图像采集时，无人机能垂直120°、水平360°进行监测，同时能自动确定火情发生位置，以实现智能识别火情。此外，针对可疑火点与重点区域，可使用遥控指令对无人机的飞行轨迹进行改变，并重点做好相应区域的巡查工作。

无人机系统在森林火灾监测中的应用，能显著提升护林巡查的工作效率，既有利于准确了解火情，又能为扑救争取宝贵的时间。

3.2 火情监测侦察及辅助扑救

无人机系统在火灾监测侦察中的应用效果也较为显著。一旦森林发生火灾，火场附近的环境将会急剧恶化。林木在燃烧过程中往往会产生大量的浓烟，同时火场上空的能见度显著降低，风向也复杂多变。使用协带高清摄像设备的无人机系统，在火场恶劣的条件下依然能高效完成空中火情监测侦察等任务，并在此过程中直观反映森林火灾的发生、发展趋势，同时第一时间将获取的信息传递到地面灭火指挥中心，以确保及时制订科学、合理的林火扑救方案。与其他类型的林火监测方式相比，无人机监测的安全性更高。

另外，无人机搭载灭火弹在森林灭火工作中的辅助效果也较为突出。针对一定范围的森林初发火及小火，使用无人机能及时、准确地进行定点投放，既能使火源强度得到明显降低，又能为灭火人员争取更多的灭火时间。特别是一些地势较为陡峭的地区，车辆与人员难以进入，灭火工作难度大大增加。在这一情况下，可使用无人机搭载灭火弹处理，其扑救效果较为明显，既能提升灭火人员灭火的安全系数，又能显著降低灭火的综合成本。另外，使用无人机开展夜间投弹灭火工作，更有利于锁定扑救目标，显著提升灭火精度。此外，地面扑救工作人员到达火灾现场后，有利于及时扑灭投弹灭火之后的暗火、明火，进而显著提升林火扑救的有效性。

3.3 灾后余火监测

扑灭森林火灾之后，其余火依然靠消防人员现场留守进行清理，同时需严格做好巡查监测工作。然而，如果火灾范围较大，森林火灾形势复杂，则余火清理难度往往较大。余火通常为阴燃，仅仅会产生少量的青烟或无烟，其隐蔽性较强。若仅凭人工巡逻清理，则大多只有等余火扩散之后才能发现。受到热辐射等因素的影响，火场周围较为干燥，稍有不慎，极易导致火情再次蔓延。扑灭林火之后，用无人机搭载红外热成像仪，能在空中准确监测火场的余火，并与全球定位系统相结合，直观反映火场的热值分布，进而得出火场的易燃区域。这不仅能为清理余火提供准确的参考，显著提升余火清理效率，而且能显著降低余火清理的难度，明显增强火场余火清理的安全性。

3.4 火灾调查及灾情评估

森林一旦起火，必须尽早开展火灾调查与灾情评估工作，特别是要尽早调查起火点及其产生的原因。然而，当发生森林火灾时，火场非常危险，且难以接近，若使用常规手段接近火场开展调查工作，极易威胁工作人员的人身安全。在火灾发生之后，及时使用无人机及时对火灾进行调查，准确监测火场及其周边环境，不仅能明显缩小起火点的调查范围，而且有可能会捕捉到纵火人员的活动轨迹。由此可见，使用无人机调查森林火灾，具有时效性与灵活性强、安全性高等特点，这些优势是其他常规手段无法比拟的。

就灾情评估而言，用无人机搭载图像识别技术、全球定位系统等多种新型测量技术，可以准确测算火场面积、受灾林木种类等，使评估准确性显著提升。

4 强化无人机系统在森林防火中应用的建议

4.1 强化无人机作业队伍建设

为强化无人机的使用，应构建专业的团队，以确保无人机在防火、灭火中的功能与作用得到充分发挥。首先，当地政府部门应支持相关部门开展无人机专业人员引进、培训、制度建设等一系列工作，以提高森林防火、灾情监测等工作效率与质量。其次，确保无人机作业团队的整体素质。一般预防森林火灾需要全天候保持应急状态，为提升团队工作效率与质量，可以实施倒班制。同时，针对工作人员定期进行考核，既能提升工作人员的危机意识，又能显著提升其素质与综合能力［7］。

4.2 强化技术研发工作

4.2.1 硬件系统研发。一旦发生森林火灾，火势往往会快速蔓延，同时温度显著升高，高温炙烤空气，会使空气密度下降，进而导致热气快速上升。而塑料为无人机的主要材料，受到高温作用的影响，塑料极易发生变形，同时其内部的电子元件也会受到一定程度的影响，进而影响无人机运行的可靠性。因此，研发人员必须强化该系统的硬件研发工作。无人机系统的硬件主要包括机身、监控探头、信号收发装置及螺旋桨等，积极改进无人机的硬件设备，在其中使用新型材料，确保无人机能耐受高温。

4.2.2 软件系统研发。软件系统是无人机的重要组成部分。使用无人机检查森林火情时，往往需要计算大量数据，还要及时向地面接收组传送信息。一旦软件系统出现问题，不仅无法及时向地面传送信息，其自身也极易失控，进而无法保障巡检工作的正常开展。因此，必须安排专业的研发工作人员与实际防火需求相结合，积极研发无人机的软件系统。研发好软件系统后，要反复对其进行测试，及时发现其中存在的问题，并第一时间进行优化，既能增强无人机软件系统的稳定性，又能为高效开展森林防火工作提供有力保障。

4.3 构建健全的管理系统

优秀的人才与先进的设备均是高效开展森林防火工作的有力保障。然而，一旦缺少健全的管理制度，将导致所有要素均无法有效融合，同时会扰乱防火工作的正常开展，并导致无人机应用效果不佳［8］。因此，为提高无人机系统在森林防火工作中的应用效果，相关单位必须结合实际防火需求构建完善的管理制度，并严格据此开展无人机应用工作，以显著提升无人机的实际应用效果。

参考文献：

［1］王艳秋.无人机系统在森林防火方面的应用及其发展［J］.现代园艺，2018（10）：229.

［2］赵佳.无人机系统在森林防火中的应用探析［J］.安徽林业科技，2020（2）：47-50.

［3］李滨，王宏宇，杨笑天.无人机系统在森林防火方面的应用及其发展［J］.电子技术，2015（5）：15-18.

［4］解成超，张皓琳.无人机系统在烟台森林防火中的应用探索［J］.信息技术与信息化，2019（8）：151-153.

［5］李洲.无人机系统在森林防火方面的应用及其发展［J］.花卉，2018（16）：246-247.

［6］王振师，周宇飞，李小川，等.无人机在森林防火中的应用分析［J］.林业与环境科学，2016（1）：31-35.

［7］严更喜.无人机系统在森林防火中的应用优势及改善［J］.大科技，2021（23）：173-174.

［8］雷洁哲.浅谈森林防火中无人机的应用现状及发展趋势［J］.农村实用技术，2019（9）：83.