曹然

（河北省木蘭圍場國有林場，河北 承德 068450）

森林火災(zāi)是森林自然災(zāi)害中破壞性、危害性極大的災(zāi)害之一。其突發(fā)性強、撲救難度大，一旦蔓延開來，會對森林資源及林區(qū)生態(tài)系統(tǒng)造成極大破壞，危及林區(qū)人民的生命財產(chǎn)安全。無人機是一種可遠(yuǎn)程操控的無人駕駛飛行器，在軍事領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用已經(jīng)相對比較成熟，近年來逐漸在氣象、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等民用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。無人機系統(tǒng)具有造價低廉、操作簡便、機動靈活、使用安全等特點，相對于其他森林防火技術(shù)而言具有獨特的應(yīng)用優(yōu)勢，能廣泛適應(yīng)森林防火的各項工作任務(wù)需求，如森林防火日常巡護(hù)、森林可燃物調(diào)查、野外火源監(jiān)控、森林火災(zāi)火情偵察與輔助撲救、災(zāi)后余火監(jiān)測及火情調(diào)查評估等。

一、無人機系統(tǒng)概況

（一）簡介

無人機就是沒有駕駛?cè)藛T的飛行器，傳統(tǒng)的定義上把這樣的飛行器稱作靶機，無人機是其俗稱。無人機由無人靶機、無人駕駛飛機和遙控飛行器三部分組成，能夠在脫離人員的駕駛情況下，依據(jù)實際情況，自主控制或和地控人員合作的半自控模式完成任務(wù)。無人機系統(tǒng)包括一個或多個地面控制系統(tǒng)或控制站、飛行器、有效載荷及數(shù)據(jù)鏈路、有效載荷、發(fā)射及回收系統(tǒng)、地面處理和維護(hù)系統(tǒng)等。

（二）工作原理

1.機載飛行系統(tǒng)

機載飛行平臺包括機體、控制器、傳感器、執(zhí)行器、CCD和無限通信等單元部件。在森林防火中，其主要任務(wù)是確保整個無人機森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的正常運行，是無人機森林防火系統(tǒng)的基礎(chǔ)。而地面監(jiān)測控制平臺負(fù)責(zé)記錄無人機飛行軌跡、飛行位置和姿態(tài)的信息，存儲和輸出無人機拍攝傳回地面的圖像數(shù)據(jù)，上傳由地面控制平臺發(fā)出的指令，變更無人機的飛行軌跡或方向。它的主要單元部件有：監(jiān)測計算機、遙控器和無線通訊系統(tǒng)等。

2.機載控制系統(tǒng)

機載飛行平臺的設(shè)計受機載控制系統(tǒng)的影響，就森林防火系統(tǒng)中的無人機來說，其機身的載重量很輕，它不但要承載機載控制系統(tǒng)，還要承載無線通訊設(shè)備和監(jiān)測儀器等,這就要求相關(guān)的硬件要具備體積小、重量輕、能耗低等特點。此外，設(shè)計還應(yīng)考慮抗干擾能力、系統(tǒng)升級等問題。應(yīng)用于森林防火系統(tǒng)的無人機的機載控制系統(tǒng)，除了要有傳感器、執(zhí)行器、控制器外，還要有具有CCD攝像頭以及配件的圖像模塊來向地面發(fā)回圖像或相關(guān)的數(shù)據(jù)。

3.地面處理系統(tǒng)

地面處理系統(tǒng)的主要組成部分為數(shù)傳、圖傳電臺，遙控發(fā)射器、數(shù)據(jù)處理器和計算機。數(shù)傳、圖傳電臺的作用是接收機載電臺發(fā)出的圖像數(shù)據(jù)；遙控發(fā)射器負(fù)責(zé)對機載飛行系統(tǒng)發(fā)射控制指令；計算機則是用來顯示接收到的圖像信息和飛行參數(shù)數(shù)據(jù)等方面。

二、無人機系統(tǒng)在森林防火中的應(yīng)用

（一）無人機系統(tǒng)在空中巡航中的應(yīng)用

無人機系統(tǒng)分為兩部分：飛行器主體和地面控制中心，可以通過全自動或半自動控制開展飛行、監(jiān)測、記錄等任務(wù)。無人機系統(tǒng)依賴于遠(yuǎn)程遙感、全球定位系統(tǒng)(GPS)、數(shù)字傳輸、無線通信等技術(shù)，從而將無人機飛行過程中收集到的地表信息數(shù)據(jù)、圖像影音資料快速準(zhǔn)確地傳送給地面控制中心。無人機系統(tǒng)在森林防火中的應(yīng)用，可以彌補人工監(jiān)測的漏洞，更為快捷、全面地獲得森林防火信息，更大程度地減少火災(zāi)發(fā)生概率。無人機系統(tǒng)上配有高分辨率攝像裝置、紅外線探測裝置等高科技設(shè)備，能采集到高清地表圖像，將采集到的圖像內(nèi)容進(jìn)行快速實時傳送，地面控制中心可以更好地了解森林資源動態(tài)。無人機系統(tǒng)的飛行、控制、收回操作十分簡單、方便，防火工作人員可以快速掌握并應(yīng)用在森林防火工作中。所以，無人機系統(tǒng)在空中巡航中的應(yīng)用，可以有效減輕森林防火人員的負(fù)擔(dān)，輔助工作人員快速準(zhǔn)確得到森林防火數(shù)據(jù)。

（二）火災(zāi)撲救應(yīng)用

從客觀的角度上來說，森林區(qū)域內(nèi)常常會堆積大量的落葉，而這些落葉在發(fā)生火災(zāi)時便會成為助長火勢的重要元素，再加上自然風(fēng)的作用，火勢一旦發(fā)生很容易朝著風(fēng)向區(qū)域進(jìn)行快速蔓延，擴大火勢規(guī)模和范圍，因此工作人員在發(fā)生森林火災(zāi)時，若不能及時地掌握森林火勢的蔓延方向和發(fā)展情況，則很難在較短的時間內(nèi)對其有效地控制，而無人機系統(tǒng)在進(jìn)行巡視的過程中，可以從宏觀的角度將整個火災(zāi)發(fā)生的初始位置以及蔓延的方向向工作人員進(jìn)行呈現(xiàn)，而工作人員可以以此為理論依據(jù)更加有針對性地實施火災(zāi)撲救作業(yè)，實現(xiàn)森林滅火的高效性。

（三）無人機系統(tǒng)在日常監(jiān)測中的應(yīng)用

無人機系統(tǒng)在森林防火日常監(jiān)測工作中發(fā)揮著重要的應(yīng)用價值。通過地面控制中心對無人機的飛行軌跡進(jìn)行合理規(guī)劃，在特定的范圍內(nèi)可以進(jìn)行24h不間斷監(jiān)測。第一時間發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)，精確地向地面指揮中心報告起火點，使救援速度更為迅速、救火方案更有針對性，有效控制火勢范圍，最大限度地降低森林火災(zāi)帶來的環(huán)境破壞及人身安全威脅，避免更大范圍的火災(zāi)發(fā)生。在日常工作中需要工作人員對無人機設(shè)置飛行區(qū)域軌跡，全方位立體監(jiān)控森林變化情況。無人機系統(tǒng)在日常監(jiān)測過程中可以隨時將森林影像資料、數(shù)據(jù)分析傳送到地面控制中心，從而做到精準(zhǔn)監(jiān)測，排除火災(zāi)隱患，避免大規(guī)模森林火災(zāi)發(fā)生。

三、無人機系統(tǒng)在森林防火中發(fā)展

當(dāng)今社會是一個信息高速發(fā)展的新時代，世界各國都對無人機研究、發(fā)展和應(yīng)用也越來越重視。我國在重視無人機在軍事領(lǐng)域發(fā)展的同時，還堅持無人機軍民結(jié)合的發(fā)展道路，帶動民用無人機的發(fā)展，尤其是在森林防火方面，無人機以其獨具的優(yōu)勢得到一定程度的推動和發(fā)展。但我國無人機系統(tǒng)在森林防火方面，還處在初始階段，沒有形成規(guī)模，其中還存在著無人機升級技術(shù)不夠完善、抗風(fēng)能力差、監(jiān)測圖像精度有待提高等方面的技術(shù)問題。但相信隨著相關(guān)科研的投入不斷加大，研究的不斷深入，無人機不但在森林防火方面的應(yīng)用會更加廣泛，技術(shù)更加成熟；還會在我國資源保護(hù)、農(nóng)業(yè)發(fā)展、科技發(fā)明等領(lǐng)域得到很好的開發(fā)應(yīng)用，發(fā)展前景相當(dāng)樂觀。