文、圖／福建省龍巖市森林消防支隊(duì) 馮彬

森林火災(zāi)多發(fā)生在地形復(fù)雜、坡陡林密的區(qū)域，火場(chǎng)面積大、煙霧濃，可能存在有毒有害氣體，人員抵近勘察火場(chǎng)難度大、勘察區(qū)域小。無(wú)人機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活、獨(dú)特高空視野、可紅外熱成像勘察、可進(jìn)入有毒有害區(qū)域、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在用于火場(chǎng)信息勘察、輔助指揮決策、輔助滅火上有著天然的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，筆者參與撲救福建、廣東等地各類(lèi)森林火災(zāi)100余起，結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)探討無(wú)人機(jī)在森林火災(zāi)撲救指揮中的應(yīng)用。

無(wú)人機(jī)在森林火災(zāi)撲救指揮中的應(yīng)用現(xiàn)狀

無(wú)人機(jī)包含固定翼無(wú)人機(jī)、旋翼無(wú)人機(jī)、無(wú)人飛艇、傘翼無(wú)人機(jī)、撲翼無(wú)人機(jī)等類(lèi)型，多旋翼無(wú)人機(jī)在森林火災(zāi)撲救的應(yīng)用中較為廣泛，也是本文研究的主要對(duì)象。根據(jù)搭載物不同，無(wú)人機(jī)用途多樣化，在森林火災(zāi)撲救指揮的應(yīng)用中，主要用于航拍勘察（包含可見(jiàn)光和熱成像）和輔助調(diào)度指揮，同時(shí)還可用于照明、喊話、空中中繼通信信號(hào)、偵檢、拋投滅火彈、噴射滅火劑、輸送小型作戰(zhàn)給養(yǎng)物資等。在航拍勘察用途時(shí)多搭載可見(jiàn)光相機(jī)、變焦相機(jī)、熱成像相機(jī)等用來(lái)獲取火場(chǎng)影像，通過(guò)圖傳系統(tǒng)傳回地面站，進(jìn)而通過(guò)通信系統(tǒng)傳輸至各級(jí)指揮所。除航拍勘察外，借助其作為參考物，可用于戰(zhàn)斗員辨別位置和方向，進(jìn)而輔助指揮決策。在森林火災(zāi)撲救中，中小型無(wú)人機(jī)使用較多。小型無(wú)人機(jī)起飛快，功能簡(jiǎn)單，續(xù)航時(shí)間較短，抗風(fēng)性能較差，價(jià)格較便宜。中型無(wú)人機(jī)起飛慢，可搭載物多，功能全，抗風(fēng)性能較好，價(jià)格較昂貴。無(wú)人機(jī)的發(fā)展是先在民用領(lǐng)域再到行業(yè)領(lǐng)域，后來(lái)才到森林消防這個(gè)特種領(lǐng)域，航拍等民用功能較成熟，森林火災(zāi)撲救所需的功能部分廠家雖有所研發(fā)，但還有待進(jìn)一步發(fā)展和完善。

無(wú)人機(jī)在森林火災(zāi)撲救指揮中的應(yīng)用分析

森林消防指戰(zhàn)員到達(dá)集結(jié)地域（多在山腳合適位置）后，指揮員通常與地方政府相關(guān)人員成立聯(lián)合指揮所（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“聯(lián)指”）。指揮員通常使用單機(jī)迅速起飛對(duì)火場(chǎng)進(jìn)行勘察，盡量俯視整個(gè)火場(chǎng)，勘察火點(diǎn)數(shù)量，火場(chǎng)面積大小，火線類(lèi)型、形態(tài)、長(zhǎng)度，火勢(shì)大小，植被等火場(chǎng)要素，進(jìn)而形成作戰(zhàn)決心，完成任務(wù)部署和分工。但受鏡頭視角范圍（約85°）和飛行高度的限制，難以對(duì)全部火場(chǎng)形成印象，需要沿火線飛行進(jìn)行進(jìn)一步勘察。飛行過(guò)程中會(huì)存在位置變動(dòng)，鏡頭角度和方向不時(shí)轉(zhuǎn)換，加上森林中無(wú)明顯參照物，火線形態(tài)類(lèi)似，夜間作戰(zhàn)等因素，勘察時(shí)容易出現(xiàn)以下問(wèn)題：勘察畫(huà)面中火場(chǎng)方向不明，無(wú)法描述火線蔓延方向；勘察畫(huà)面對(duì)應(yīng)的火場(chǎng)位置混淆，跟衛(wèi)星地圖的實(shí)際位置對(duì)應(yīng)不上；難以在一個(gè)畫(huà)面中呈現(xiàn)整個(gè)火場(chǎng)，對(duì)整個(gè)火場(chǎng)的印象不準(zhǔn)確、不直觀。上述問(wèn)題在面積大、煙霧較多、火線長(zhǎng)、多火點(diǎn)、山體遮擋鏡頭的火場(chǎng)中時(shí)常出現(xiàn)，夜間尤為明顯。而夜間溫度低，風(fēng)力小，通常是森林消防指戰(zhàn)員撲打火線的黃金時(shí)期，筆者參與的滅火作戰(zhàn)有80%以上發(fā)生在夜間。

森林火災(zāi)撲救中，根據(jù)聯(lián)指的任務(wù)分工部署，戰(zhàn)斗員（為便于描述，統(tǒng)稱(chēng)直接撲救的指戰(zhàn)員為戰(zhàn)斗員）通常會(huì)在對(duì)火場(chǎng)形成初步印象后，攜帶裝具徒步接近火線。接近火線途中，時(shí)常會(huì)面臨沒(méi)有路，地形復(fù)雜無(wú)法接近等情況，接近路線被迫更改。基于“不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中”的原因，戰(zhàn)斗員容易出現(xiàn)不知道自身位置和方向的現(xiàn)象。隨著火勢(shì)蔓延，徒步接近火場(chǎng)的途中，火場(chǎng)形態(tài)也會(huì)隨時(shí)變化。因此戰(zhàn)斗員會(huì)出現(xiàn)不知道火線形態(tài)和位置，無(wú)法決定接近火線路線、無(wú)法決定火線突破口的情況。接近火線路線和火線突破位置的選擇在滅火作戰(zhàn)中尤為關(guān)鍵，選擇不當(dāng)會(huì)造成撲打內(nèi)線火（火燒跡地中的殘余火線，撲救意義不大）、從危險(xiǎn)位置接近火線、撲救效率底下等情況，極端情況下還有可能造成人員傷亡。出現(xiàn)上述情況時(shí)，指揮員需借助無(wú)人機(jī)勘察等手段來(lái)輔助調(diào)度指揮。一是指揮員可利用勘察畫(huà)面選擇接近路線，直接指揮戰(zhàn)斗員到達(dá)火場(chǎng)位置。二是以無(wú)人機(jī)作為參考物（夜間情況下，無(wú)人機(jī)需要攜帶航空燈），指揮員提供突破火線粗略位置。但由于樹(shù)木和山體的遮擋，戰(zhàn)斗員和無(wú)人機(jī)之間視線不可達(dá)，再加上夜間環(huán)境等因素，容易出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題：指揮員不知道戰(zhàn)斗員的位置；戰(zhàn)斗員不知道無(wú)人機(jī)位置，或者借助無(wú)人機(jī)提供的火場(chǎng)位置混淆、不精確、不直觀，進(jìn)而無(wú)法高效、安全地滅火作戰(zhàn)。

無(wú)人機(jī)在森林火災(zāi)撲救指揮中的解決方案

針對(duì)上述問(wèn)題可采用以下方法解決。

一是可在無(wú)人機(jī)勘察畫(huà)面中影射方向標(biāo)識(shí)來(lái)解決。

二是可利用圖像處理技術(shù)，將火場(chǎng)勘察的實(shí)時(shí)影像與衛(wèi)星地圖進(jìn)行疊加，非實(shí)時(shí)影像予以緩存，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)影像圖與衛(wèi)星地形圖二合一的方法來(lái)解決。

三是可利用視頻緩存制作火場(chǎng)全景（VR）的技術(shù)方案，但存在制作耗時(shí)長(zhǎng)，影像畫(huà)面非實(shí)時(shí)，觀測(cè)角度單一，難以包含大面積火場(chǎng)等弊端。也可在利用無(wú)人機(jī)集群技術(shù)，根據(jù)鏡頭視角范圍、火場(chǎng)面積大小、多方位角度的需要，同時(shí)部署多臺(tái)無(wú)人機(jī)，將多個(gè)影像同時(shí)疊加在同一衛(wèi)星地形圖上，并在二合一圖上對(duì)各無(wú)人機(jī)影像加以標(biāo)識(shí)區(qū)分，同時(shí)保留各無(wú)人機(jī)單畫(huà)面的輸出能力的方案來(lái)解決。

四是可采用紅外成像、變焦放大等技術(shù)獲知戰(zhàn)斗員位置，但耗時(shí)長(zhǎng)、難度大。在影像清晰度的提升上，尤其是夜間情況，IR-CUT（紅外線濾減）技術(shù)能起到一定作用。

五是夜間時(shí)，可利用無(wú)人機(jī)搭載激光鐳射裝置配合自動(dòng)化指向云臺(tái)，實(shí)時(shí)指引突破火線位置。白天時(shí)，可由戰(zhàn)斗員攜帶小型無(wú)人機(jī)，快速起飛勘察的方式加以改進(jìn)?？衫脽o(wú)人機(jī)搭載喊話器接近火場(chǎng)區(qū)域后，播放警報(bào)聲音對(duì)戰(zhàn)斗員予以提醒，但受聲音傳播距離等限制較多。

此外，還可結(jié)合超短波數(shù)字通信技術(shù)，建立超短波數(shù)字通信指揮系統(tǒng)，將戰(zhàn)斗員（需攜帶超短波終端）位置傳送回聯(lián)指，形成實(shí)時(shí)人員位置圖，并利用圖像處理技術(shù)疊加在二合一地圖之上，實(shí)現(xiàn)三圖合一，直觀便利地解決上述所有問(wèn)題。

上述三圖合一的解決方案建立在無(wú)人機(jī)飛控技術(shù)，鏡頭穩(wěn)定防抖技術(shù)、精密云臺(tái)技術(shù)、定位精度和計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的基礎(chǔ)上，其中的關(guān)鍵核心技術(shù)還有待突破。此外，火場(chǎng)多會(huì)產(chǎn)生小氣候，如強(qiáng)氣流、帶電氣團(tuán)等復(fù)雜氣象和電磁環(huán)境，無(wú)人機(jī)的防風(fēng)性能和控制系統(tǒng)、圖傳系統(tǒng)的抗干擾能力有待進(jìn)一步提升。

森林消防隊(duì)伍作為應(yīng)急救援的主力軍、國(guó)家隊(duì)，承擔(dān)著防范化解重大安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)對(duì)處置各類(lèi)災(zāi)害事故，維護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定的職責(zé)使命。信息化是指揮能力建設(shè)中的關(guān)鍵要素，無(wú)人機(jī)等新手段應(yīng)用于火場(chǎng)勘察有著巨大的發(fā)展空間，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的發(fā)展，將開(kāi)辟滅火作戰(zhàn)指揮的新局面。