劉佳琦 侯哲

【摘要】森林火災(zāi)具備突發(fā)性、蔓延速度快、侵害水平高等特點(diǎn)，特別是樹冠火，蔓延速度極快，造成的危害程度極高，這是最嚴(yán)重的森林火災(zāi)類型。建立針對(duì)高效撲救樹冠火的體系迫在眉睫。而隨著現(xiàn)代無(wú)人機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展與創(chuàng)新，使用無(wú)人機(jī)具有造價(jià)低、性價(jià)比高、無(wú)傷亡風(fēng)險(xiǎn)、生存能力強(qiáng)、在森林滅火過(guò)程中更便于使用的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了全天火情監(jiān)測(cè)，火勢(shì)監(jiān)控，及時(shí)滅火等功能。所以通過(guò)建立無(wú)人機(jī)輔助撲救樹冠火體系，從而實(shí)現(xiàn)最及時(shí)有效的撲救。

【關(guān)鍵詞】無(wú)人機(jī) 森林滅火 樹冠火

1森林火災(zāi)的發(fā)生

導(dǎo)致森林火災(zāi)的三個(gè)條件：一是物資基礎(chǔ)即可燃物;二是火險(xiǎn)氣候條件;三是火源。所述三個(gè)條件同時(shí)存在才會(huì)發(fā)生森林火災(zāi)。所以森林爆發(fā)火災(zāi)是可以提早預(yù)防的。

森林火情按照不同的類型可分為林冠火和地下火以及地表火。地表火：火沿著低空逐步蔓延，隨之燒毀地面，枯枝，燃燒暴露在地面上的樹根。大約94%的森林火災(zāi)。地面火力迅速蔓延，通常是幾百米至1000米/小時(shí)以上，燃燒程度不均勻，經(jīng)常離地，危害較小?；瘘c(diǎn)沿風(fēng)長(zhǎng)或三角形;穩(wěn)定的地面火災(zāi)，蔓延緩慢，只有幾十米/小時(shí)，通常會(huì)燒遍了所有地面，“高寒”的水平較低的樹枝也被燒毀，燃燒時(shí)間也很長(zhǎng)，高溫嚴(yán)重，火災(zāi)痕跡嚴(yán)重。樹冠火：火焰會(huì)隨著樹冠蔓延，主要是由在大風(fēng)作用下的地面火災(zāi)導(dǎo)致的。它的損毀程度很強(qiáng)，能燒毀樹葉、樹枝和地面上的籠罩物等，煙柱通?？蛇_(dá)數(shù)公里，不易撲滅，溫度大概在900°C，約占森林火災(zāi)的5%。根據(jù)樹冠火的傳播速度和危害程度可分為兩類。緩進(jìn)的樹冠火又稱遍燃火，速度相對(duì)較慢，順著風(fēng)向5～9公里每小時(shí)，樹冠火與地表火并排上下，其危害程度是森林火災(zāi)中最嚴(yán)重的。極速燃燒蔓延的樹冠火又稱狂燃火，傳播急速并向前跳躍，順著風(fēng)向達(dá)到9～24公里每小時(shí)，地表火總是被樹冠火遠(yuǎn)遠(yuǎn)的拋在后面，形成兩股火，燃燒軌跡為橢圓形。地下火：通常也叫做泥炭火和腐殖質(zhì)火。這類火是在地面下燃燒起來(lái)的。表面上看不到火焰，只看到煙霧，傳播速度很慢。它每小時(shí)只有4～5米。它的燃燒可以連續(xù)幾天，幾個(gè)星期甚至更長(zhǎng)時(shí)間。燃燒到礦物或地下水層。它的破壞性強(qiáng)，不易熄滅。約占森林火災(zāi)比例的1%。

森林自然保護(hù)區(qū)若發(fā)生火災(zāi)將會(huì)造成及其嚴(yán)重的后果。森林火災(zāi)不只直接燒毀樹木，導(dǎo)致森林面積的驟減，還嚴(yán)重的破壞到森林構(gòu)造，導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)不在均衡，同時(shí)引起空氣的污染，對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)造成威脅。據(jù)國(guó)家森林消防指揮部辦公室統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示計(jì)，在2018年全國(guó)共發(fā)生了2478起火災(zāi)。

2我國(guó)無(wú)人機(jī)在森林滅火應(yīng)用的現(xiàn)狀

2.1全天候火情監(jiān)測(cè)

固定翼無(wú)人機(jī)可通過(guò)加載高分辨率可見(jiàn)光、紅外攝像機(jī)等在林區(qū)進(jìn)行空中巡邏，并可根據(jù)預(yù)定飛行路徑在林區(qū)進(jìn)行空中巡邏，并將采集到的圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸回地面監(jiān)測(cè)站。圖像數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较乐蛋嗖块T。便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情。

2.2火場(chǎng)態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)獲取火情信息，及時(shí)為消防人員提供最佳信息。同時(shí)，無(wú)人機(jī)機(jī)身可配備風(fēng)向、風(fēng)速儀等設(shè)備，采集火災(zāi)全區(qū)域圖像、火災(zāi)燃燒程度、火災(zāi)風(fēng)向和風(fēng)速，協(xié)助指揮人員判斷火災(zāi)范圍、發(fā)展趨勢(shì)。

2.3遠(yuǎn)距離中繼通信

森林地形復(fù)雜，信號(hào)弱。運(yùn)用副航行平臺(tái)攜帶中繼通訊設(shè)施，能夠保障通信線路的疏通，利于任務(wù)地域通信系統(tǒng)的快速建立。

2.4輔助應(yīng)急救援

通過(guò)集成空中攝影模塊，能夠完成火災(zāi)場(chǎng)景的應(yīng)急測(cè)繪，為消防和救援提供強(qiáng)有力的支持。同時(shí)，語(yǔ)音和放大模塊可以集成在無(wú)人機(jī)上傳輸指令。在火場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境中，能夠完成高空指揮。通知滅火器及時(shí)疏散危險(xiǎn)區(qū)域，提供疏散通道，無(wú)人機(jī)協(xié)助拋繩或攜帶相關(guān)設(shè)備，為消防員開(kāi)拓救生通道。

2.5其他運(yùn)用形式

目前，在森林防火和消防中應(yīng)用最廣泛的無(wú)人駕駛飛行器仍然是火災(zāi)探測(cè)和情報(bào)收集，但也有一些新的嘗試。例如，運(yùn)用化學(xué)助燃劑放射化學(xué)火劑構(gòu)成防火帶，在指揮人員的控制下發(fā)出火種炸彈，攜帶增雨火焰進(jìn)行人工增雨等。從目前的技術(shù)水平和使用手段的角度出發(fā)，將遙感監(jiān)測(cè)手段與衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)手段、載人飛機(jī)巡查監(jiān)測(cè)手段、地面巡檢手段和人工巡邏防護(hù)手段有效地聯(lián)合起來(lái)。綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)的形成仍然是主要的發(fā)展趨勢(shì)。

3森林輔助滅火無(wú)人機(jī)

為了避免森林火災(zāi)的爆發(fā)，必需了解森林火災(zāi)的發(fā)生規(guī)律，運(yùn)用科學(xué)技術(shù)手段。最大水平上減少火災(zāi)的發(fā)生。森林火災(zāi)具備突發(fā)性、蔓延快、危害程度高等特點(diǎn)，特別是樹冠火，是危害嚴(yán)重的森林火災(zāi)類型。如果發(fā)生危險(xiǎn)，人力很難首先到達(dá)。如果發(fā)生危險(xiǎn)，人力很難首先到達(dá)。由于樹冠火蔓延速度極快，造成的危害程度極高，因此對(duì)樹冠火的及時(shí)撲救至關(guān)重要。撲滅樹冠火最為有效的方法有自然依托撲救即在自然依托內(nèi)側(cè)伐倒樹木點(diǎn)放迎面火和伐倒樹木建立隔離帶。

森林輔助滅火無(wú)人機(jī)針對(duì)撲救蔓延極快的樹冠火，在救援人員未到達(dá)或者無(wú)法接近的時(shí)候，輔助無(wú)人機(jī)通過(guò)砍伐一定安全距離外的樹木建立阻燃線。在砍伐樹木時(shí)，人為遠(yuǎn)程操控，無(wú)人機(jī)的機(jī)器手臂固定在樹干上目標(biāo)位置的下方，油鋸鋸刀鋸倒目標(biāo)樹木，同時(shí)噴灑阻燃化學(xué)藥劑。以防止樹冠火的蔓延，控制火勢(shì)。

4結(jié)語(yǔ)

未來(lái)必定是人工智能的時(shí)代。無(wú)人機(jī)作為人類智慧在高空的延展，具備與森林防火范疇十分相適應(yīng)的高度產(chǎn)業(yè)化和多層次應(yīng)用空間。