郭昭濱

(黑龍江省森林防火預(yù)警監(jiān)測信息中心，黑龍江 哈爾濱 150090)

黑龍江省慶安國有林場管理局地處綏化市和伊春市交界處，森林資源集中，地勢平緩。有林面積6.2萬hm2，總蓄積量476萬m3，森林覆被率60%。周邊鄉(xiāng)、鎮(zhèn)眾多，農(nóng)林交錯，森林防火任務(wù)重、難度大。沒有無人機航空護林前主要依靠在林區(qū)地理位置較高處建瞭望塔，常駐瞭望塔上的工作人員通過人工、望遠鏡進行森林防火監(jiān)測，受天氣狀況影響較大，晚上周邊50m以外基本看不清，起霧天氣最多只能監(jiān)控到周邊方圓1km范圍，還無法對火點進行精確定位，常常延誤救火最佳時機。2016年引進北京眾山曉科技有限公司的無人機，利用成熟的無人機飛行平臺，機載多傳感器成像及實時數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，集成無人機控制、火場圖像接收、火場信息網(wǎng)絡(luò)傳輸，火場信息建庫、火場信息發(fā)布、大屏幕顯示為一體，構(gòu)建無人機航空護林系統(tǒng)。解決有人機飛行使用成本高、飛行時間受限、人工巡護效率低等問題。實現(xiàn)對本地林區(qū)全天候林火監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)火情及時報警、以便進行快速撲救，將火災(zāi)損失降到最低，做到早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)報，迅速組織防火隊伍，變大災(zāi)為小災(zāi)，變有災(zāi)為無災(zāi)，真正做到預(yù)防勝于撲救。

1 無人機航空護林系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計

利用多種型號的無人機進行立體化巡護，做到及時、快速、準確地將火情信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，并由數(shù)據(jù)中心人員及時將信息上報指揮中心，完成火情預(yù)報任務(wù)。不同的機型完成不同的任務(wù)，固定翼大型無人機執(zhí)行航空護林日常巡護任務(wù)；多旋翼便攜式小型無人機執(zhí)行火場監(jiān)測任務(wù)。

1.1 固定翼大型無人機執(zhí)行航空護林日常巡護

采用SFUav-1.2型固定翼無人機執(zhí)行日常巡護任務(wù)，設(shè)計日常巡護飛行路線，實現(xiàn)無人機自主巡航，完成巡護區(qū)實時視頻和圖像到指揮中心的回傳，對疑似火點處進行自動報警。

在標準配置3kg的情況下，可續(xù)航超過300km，續(xù)航時間最長可達4h以上?？赏瑫r搭載可見光攝像機和熱成像儀；標配目標鎖定跟蹤模塊，可在飛行過程中實時對目標區(qū)域偵查；可記錄目標區(qū)域坐標。

無人機自動巡航路線，分A、B兩條航線進行巡護，航線A由金溝航點出發(fā)，航線覆蓋大青山林場、新青山林場、金溝林場。航線B由金溝航點出發(fā)，航線覆蓋興山林場、新立林場、曙光林場，見圖1。

圖1 無人機巡護航線

1.2 多旋翼便攜式小型無人機執(zhí)行火場定點監(jiān)測任務(wù)

運用防火運輸車搭載一架多旋翼無人機及兩組備用電池，行至火場附近，放出多旋翼無人機輔助固定翼無人機對火場進行實時多角度全方位監(jiān)控，與SFUav-1.2無人機組成全方位立體火災(zāi)現(xiàn)場監(jiān)控體系，為撲火指揮提供第一手資料，為指揮中心提供火場全方位立體視頻影像。

無人機在火場上空成為救火隊員的“第三只眼”，保證撲火隊員以高空視角分析火勢火情，幫助撲火隊伍進行現(xiàn)場決策，保障撲火隊員火災(zāi)救援現(xiàn)場的人身安全。

多旋翼無人機是垂直起降、自主導(dǎo)航的無人飛行器系統(tǒng)，具備人工遙控、定點懸停、航線飛行等多種飛行模式，搭載的云臺可360度全視角拍攝，可作為小面積巡察或定點觀測機型。

(1)系統(tǒng)集成了三軸加速度計、三軸陀螺儀、磁力計、氣壓高度計等多種高精度傳感器和先進的控制算法設(shè)計，操控簡單；

(2)多軸設(shè)計，動力強勁，安全可靠；

(3)帶無線數(shù)字圖傳，可實時的將監(jiān)視到的圖像信息，傳到地面控制中心。

2 無人機操作隊伍

2.1 無人機人員隊伍構(gòu)成

在立體的無人機巡護網(wǎng)絡(luò)中，無人機指揮系統(tǒng)相當(dāng)于人體的大腦，因此建立一個指揮精準、操作水平高、數(shù)據(jù)處理能力強、后勤保障到位的無人機隊伍非常重要。按目前森林防火隊伍情況，建議建設(shè)一支10人規(guī)模的無人機團隊。

2.2 無人機操作人員

無人機操作人員的飛行水平是更好地完成無人機服務(wù)的基本保障，飛手的素質(zhì)決定了服務(wù)水平，對于無人機服務(wù)來講，每架飛機至少需要一名飛手外加一名助手和2名地勤人員，共4人組成一個飛行小組。

飛行小組飛手需要擁有AOPA頒發(fā)的無人機操作手駕駛執(zhí)照，經(jīng)過專門的飛行理論和飛行實踐培訓(xùn)，飛行隊人員的工資待遇與安全駕駛周期掛鉤，采取軍事化管理，保證隊伍的相對穩(wěn)定性和服務(wù)能力的可靠性。

2.3 無人機系統(tǒng)維護人員

無人機系統(tǒng)需要將每次飛行數(shù)據(jù)進行處理，并給防火指揮部門提供真實可靠的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的安全穩(wěn)定決定了所提供數(shù)據(jù)的速度和準確性，以便保證森林防火的時效性，因此需要一名系統(tǒng)維護人員，維護無人機系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，保證數(shù)據(jù)實時準確的回傳到指揮中心。

2.4 無人機后勤人員

負責(zé)無人機后勤保障，主要工作任務(wù)是為無人機提供保養(yǎng)、無人機執(zhí)行任務(wù)過程中的后勤保障、無人機場地巡檢等工作。

后勤保障人員應(yīng)具備無人機保養(yǎng)和維修能力，能根據(jù)實際情況判斷無人機狀態(tài)，可以準確地為飛手提供無人機狀態(tài)信息，做好日常的無人機保養(yǎng)及維修，做好無人機地面后勤工作。兩個無人機機組共用1名后勤人員。

3 地面數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

建設(shè)一個無人機專用無線通信網(wǎng)絡(luò)是森防項目的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，這樣才可以實現(xiàn)無人機、手持終端、固定監(jiān)測數(shù)據(jù)采集點等的數(shù)據(jù)鏈傳輸、實時圖傳等功能。

圖2 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)圖拓撲圖

無人機將采集的數(shù)據(jù)傳回金溝航點通訊塔臺，由金溝航點上傳至服務(wù)器，服務(wù)器可通過網(wǎng)絡(luò)進行訪問，供各林場或管局防火辦隨時查看。無人機需回傳金溝航點的數(shù)據(jù)包括，飛行狀態(tài)(飛行速度、飛行高度、飛機姿態(tài)、飛行方向、剩余動力等)、地理信息(經(jīng)緯度、地面海拔等)、采集信息(可見光視頻、紅外視頻、林場溫度等)。所有信息都可通過網(wǎng)絡(luò)平臺進行訪問，實時查看具體信息。所有信息還都會保存到服務(wù)器中，以供未來的調(diào)查分析。各部門接收數(shù)據(jù)信息如圖2所示。

4 無人機圖像數(shù)據(jù)處理和報告

每次飛行任務(wù)結(jié)束，系統(tǒng)自動生成每日報告，將當(dāng)日的航線、火情、天氣、影像等信息匯總，保存在服務(wù)器中，以備后續(xù)查看分析。每日報告文件夾內(nèi)容包括：火情預(yù)警記錄、林場溫度記錄、無人機更換記錄、無人機故障記錄、無人機航線記錄、無人機重點區(qū)域巡護記錄等6個Word文檔。