于海濤，楊麗曉，陳怡研

（河北霧靈山國家級自然保護(hù)區(qū)管理中心，河北 承德 067399）

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，智能、信息、自動化的時代到來了。云計算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能和一系列技術(shù)成功，不僅促進(jìn)了人類的進(jìn)步，無人機技術(shù)在人們的生活中也起著越來越重要的作用。特別是在很多的商業(yè)中，無人機技術(shù)具有相對低的成本、沒有事故的風(fēng)險、高收益性、操作性優(yōu)良，在復(fù)雜危險的區(qū)域容易使用的特征。

霧靈山是森林覆蓋率93%的國家級自然保護(hù)區(qū)，霧靈山主峰海拔高度2118m，霧靈山是國家級自然保護(hù)區(qū)位于河北省北部承德市興隆縣境。其地理坐標(biāo)為東經(jīng)117°17′～17°35′以及北緯40°29′～40°38′。位于北京、天津、成德、唐山之間，距北京140km，距天津180km，距唐山148km。霧靈山國家級自然保護(hù)區(qū)是北京和天津的重要生態(tài)學(xué)壁壘。在保護(hù)土壤和水源、防止風(fēng)沙、調(diào)節(jié)氣候、空氣凈化等方面發(fā)揮著重要的生態(tài)學(xué)作用，包括1870 種稀有植物類型和國家一級保護(hù)植物人參，是全國自然保護(hù)區(qū)有665 屬和168 家。我國稀有瀕臨滅絕的植物有10 種，有55 科、112 屬的野生動物，其中有金雕、金錢豹等國家保護(hù)的18 種動物，以及121 種其他更重要的保護(hù)動物。

森林火災(zāi)是森林最危險的危害類型，會給森林帶來最有害和毀滅性的結(jié)果，森林火災(zāi)不僅會破壞森林，還會損害森林動物，降低森林的生殖能力，引起土壤變化，使森林水資源干燥、破壞，甚至?xí)茐纳鷳B(tài)環(huán)境導(dǎo)致生態(tài)不均衡。防止森林火災(zāi)不僅對生態(tài)環(huán)境和自然資源的保護(hù)尤為重要，對霧靈山也起著非常重要的作用。多旋翼無人機是能夠垂直起降，穩(wěn)定性、可靠性、管理性、維持性都很優(yōu)秀，在森林巡邏、火災(zāi)檢測、地形信息的獲取、消防信息等方面發(fā)揮著無可比擬的作用。

1 森林防火巡護(hù)

以前的霧靈山防火巡邏是由巡護(hù)員、瞭望臺和視頻監(jiān)視構(gòu)成的。與以往的巡邏模式相比，無人機巡邏有一些優(yōu)點，與之前的組合相比不僅可以提高巡邏效率，還可以有效降低安全風(fēng)險。之前巡護(hù)員只能在道路平坦地方進(jìn)行巡邏，不僅巡邏效率低，還有安全風(fēng)險。無人機巡邏實際上可以彌補一些人工的缺點。只要找到一個開闊的視野和平坦的地形作為起降地點，就可以在巡邏區(qū)內(nèi)順利完成高強度的巡邏操作。無人機可以在空中以120m 的高度飛行。通過無人機和變焦相機的動作，可以有效把握巡邏范圍內(nèi)的人事活動和資源破壞行動等異常狀態(tài)，直接進(jìn)行一些違法行為證據(jù)收集。監(jiān)視塔和錄像監(jiān)視是最節(jié)約時間和勞力的檢查方法。但是，因為霧靈山是森林密集復(fù)雜的地形，所以山和樹木受到保護(hù)，有效的監(jiān)視范圍會大幅縮小。遠(yuǎn)程檢查和無人機可以有效彌補人工巡邏不足。

圖1 無人機野外巡護(hù)

2 無人機火災(zāi)檢測

由于森林火災(zāi)的特性，如擴散較快、破壞嚴(yán)重等，火災(zāi)地點的情況發(fā)生了快速變化。要想順利、有效、安全地滅火，最重要的因素是隨時準(zhǔn)確把握火源的情況。通過及時了解地形和土地的形狀，了解有關(guān)火災(zāi)趨勢、風(fēng)勢、火災(zāi)現(xiàn)場等重要信息，科學(xué)合理地指揮和部署，可以快速、準(zhǔn)確地解決問題。無人機與便攜式衛(wèi)星站的組合可以通過視頻會議確定上級是否執(zhí)行統(tǒng)一部署并提供跨領(lǐng)域的區(qū)域支持，在所有級別的森林防火總部進(jìn)行演習(xí)、軍隊部署和現(xiàn)場消防、大規(guī)模的活動，為了防止森林火災(zāi)的發(fā)生活動。無人機在火場清理和火場看守上有很大的作用。清掃火災(zāi)現(xiàn)場是很麻煩的，一般來說，防火防護(hù)需要24h 以上，通常需要72h才能確保安全性。無人機掃描發(fā)現(xiàn)，用紅外線熱敏照相機燒過的森林地帶和被燒過的地區(qū)，發(fā)現(xiàn)異常的熱源。這個可以隨著時間的流逝進(jìn)行填充和補充，防止死灰再次復(fù)燃。通過無人機的介入，可以替換部分手工作業(yè)，提高火場的打掃效率。

通過土壤映射功能，可以快速準(zhǔn)確地計算火災(zāi)區(qū)域和火災(zāi)損失，提供火災(zāi)追蹤活動的詳細(xì)有效數(shù)據(jù)支持。在森林火災(zāi)預(yù)防中應(yīng)用無人機時具有隱藏的風(fēng)險和缺陷，霧靈山山峰較高，樹木密集。在某種程度上，GPS 信號被切斷，信號變?nèi)?，無人機無法正確定位或確定位置，無人機會崩潰。氣候多變，突然出現(xiàn)密集的云，云大的話GPS 信號會突然被切斷，不能起飛或發(fā)生事故。由于客觀原因霧靈山頂附近有強的電磁場。無人機的遙控信號有隱藏的危險，多旋翼無人機基本上使用著DC 鋰電池，耐久時間被大幅限制。為了穩(wěn)定機體，增加了耗電，進(jìn)一步縮短了耐久時間。因為無人機沒有測量風(fēng)速和風(fēng)向的功能，所以命令和救援有限制。多旋翼無人機操作簡單，但森林防火運營商要處理特定的氣象條件，還需要多加訓(xùn)練和有效作戰(zhàn)。

3 未來展望

今天，我國的無人機技術(shù)迅速發(fā)展，具有廣泛的應(yīng)用范圍。在防止森林火災(zāi)方面，無人機在提高滅火和防止森林火災(zāi)的能力方面發(fā)揮了非常重要的作用。森林在人們的生活環(huán)境中起著非常重要的作用，為人類的生產(chǎn)和生活提供了必需品和各種副產(chǎn)品，還為人類、動物、植物提供了良好的生活環(huán)境。我國森林資源總量豐富、覆蓋率高、種類多。森林火災(zāi)防止工作需要應(yīng)對惡劣的氣候和地理條件。森林火災(zāi)的起源多種多樣，難以控制。在森林火災(zāi)預(yù)防方面，無人機應(yīng)用有很多優(yōu)點，可以解決現(xiàn)在很多問題。

在森林防火工程中，我國的無人機系統(tǒng)還有一些缺點。例如，風(fēng)的阻力小、視野差、飛行能力不足、耐久時間短、運輸能力不足、夜間導(dǎo)航能力不足。無人機在飛行中出現(xiàn)故障的話有掉落損壞的傾向，因為面對著我國廣大的森林，無人機的數(shù)量也不足。在森林火災(zāi)監(jiān)視無人機的實施中，由于無人機系統(tǒng)的缺陷，難以達(dá)到無人機工作效率理想的效果，這一系列問題對于相關(guān)部門來說是非常重要的。在無人機的研究開發(fā)中，需要專門分類無人機，如特殊環(huán)境（低溫、高原、大風(fēng)、雨）用的特殊無人機、特別用于救助和災(zāi)害救援的無人機等。森林火災(zāi)是一個極端的環(huán)境，如果無人機正常使用不涉及火災(zāi)，消防和救助活動肯定會惡化，因此不能忽視搜索救助，專用無人機的開發(fā)。

在這個信息的時代里，世界各國非常重視無人機的研究、開發(fā)和應(yīng)用。在加強國防建設(shè)和加快信息建設(shè)的過程中，無人機是重要的象征之一。我國無人機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必須遵守民間軍事整合和軍事產(chǎn)品向民間產(chǎn)品轉(zhuǎn)變的道路，以更好地引導(dǎo)民間無人機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為了不斷促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的社會需求，無人機的徹底調(diào)查、研究、開發(fā)對于我國的無人機產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有實際的意義，無人機系統(tǒng)可以總結(jié)為以下5 個方面。側(cè)面：為了解決無人機電機能源技術(shù)的問題，太陽能馬達(dá)可以有效利用能源來滿足無人機長期停滯的需求，改善無人機的運輸能力。為了搭載更多的機器，提高智能的研究能力。無人機變成了自律導(dǎo)航，增強相關(guān)數(shù)據(jù)鏈接傳輸?shù)陌踩院涂煽啃裕岣邤?shù)據(jù)加密和干擾功能。把焦點放在軟件的問題上，寬帶及大規(guī)模的數(shù)據(jù)發(fā)送是開發(fā)趨勢，是無人機的必然需要。目前，無人機主要使用Ku/Ka、C/X、L 波段進(jìn)行通信。為了提高無人機機身的輕量化和柔軟性，需要加速開發(fā)新的非金屬復(fù)合材料。

關(guān)于產(chǎn)業(yè)振興和業(yè)界經(jīng)營，有必要解決影響無人機推進(jìn)的高成本、高價格、不完全的使用、服務(wù)和管理體制等問題。為我國新興無人機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造良好條件。在我國也有無人機和森林火災(zāi)預(yù)防的事例，不過，無人機沒被廣泛使用。特別是我國大多適用于無人機系統(tǒng)預(yù)防的森林火災(zāi)還在搖籃期，沒有形成規(guī)模。很多地方都不知道預(yù)防森林火災(zāi)的無人機前景，也有很多地方?jīng)]有足夠的財政支持。這些問題需要慢慢解決。無人機可以收集更多實時圖像數(shù)據(jù)，以防止森林火災(zāi)和消防更專業(yè)和更有效率。無人機在山中巡邏、森林保護(hù)、森林火災(zāi)等戰(zhàn)斗中隱藏著巨大的可能性。因為無人機的開發(fā)還有很多要做的事情，所以需要十分注意?，F(xiàn)在是無人機研究開發(fā)的黃金時代，如果不能利用這個機會，只會在不久的將來被其他國家地區(qū)落下技術(shù)。

4 結(jié)語

無人機的中低高度監(jiān)控系統(tǒng)具有高速操作、低成本、簡單維護(hù)和操作的技術(shù)特性，具有高速實時土壤檢測和監(jiān)控功能。這是一種新型從低到高的實時電視成像和高速紅外成像系統(tǒng)，在資源和環(huán)境監(jiān)測、火災(zāi)監(jiān)測和區(qū)域森林救助方面有自己的優(yōu)勢。車輛和人無法到達(dá)。研究森林防火無人機的理論和技術(shù)實際上很重要。