本文對消防無人機(jī)集群滅火技術(shù)，消防無人機(jī)集群滅火常用戰(zhàn)略，消防無人機(jī)集群滅火常用戰(zhàn)術(shù)，消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同滅火技術(shù)，用山羊清除可燃物，無人機(jī)消防站建立進(jìn)行詳細(xì)闡述。

消防無人機(jī)集群滅火技術(shù)

無人機(jī)集群又稱為無人機(jī)蜂群，軍事上利用無人機(jī)集群執(zhí)行偵察、監(jiān)視、打擊、防空系統(tǒng)壓制、心理戰(zhàn)等任務(wù)。消防無人機(jī)集群滅火是由一定數(shù)量、相同類型或不同類型的消防無人機(jī)組成，它們彼此間通過無線通信網(wǎng)絡(luò)如星鏈網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)，進(jìn)行態(tài)勢共享與信息交互，協(xié)同完成消防滅火任務(wù)分配、航跡規(guī)劃等工作。

消防無人機(jī)集群不是多架消防無人機(jī)的簡單編隊(duì)，其集群能力也不是諸多消防無人機(jī)單一能力的簡單疊加，而是由多架消防無人機(jī)通過科學(xué)的方法聚集后，經(jīng)過集群自組織機(jī)制與行為調(diào)控機(jī)制的有機(jī)耦合，產(chǎn)生新的能力或原有能力發(fā)生了質(zhì)的變化。在集群系統(tǒng)內(nèi)，每架消防無人機(jī)都是一個(gè)智能體，具有獨(dú)立飛行、偵察和投放水或滅火劑等能力。而消防集群無人機(jī)之間可通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互，消防無人機(jī)集群與地面之間進(jìn)行信息交互，最終實(shí)現(xiàn)消防無人機(jī)集群飛行管理、任務(wù)分配、航跡規(guī)劃及單架消防無人機(jī)航跡規(guī)劃等。

消防無人機(jī)集群構(gòu)建的通信網(wǎng)絡(luò)是一種典型MESH網(wǎng)絡(luò)，它是一種起源于軍用戰(zhàn)場通信的無線自組網(wǎng)技術(shù)，可以在不停運(yùn)動的多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間自動建立轉(zhuǎn)發(fā)路由，只要一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠連接到網(wǎng)絡(luò)中的任意一個(gè)其他節(jié)點(diǎn)，信息就能最終傳到任意節(jié)點(diǎn)。消防無人機(jī)集群的本質(zhì)就是群體合作，不僅可以使各種大、中、小型消防無人機(jī)滅火威力大增，而且能極大降低無人機(jī)滅火成本，大幅提升森林消防滅火行動的靈活性。

消防無人機(jī)集群技術(shù)理論和試驗(yàn)研究結(jié)果表明，無人機(jī)集群技術(shù)完全可以運(yùn)用于森林滅火行動中。如果沒有消防無人機(jī)集群技術(shù)，消防人員每次使用單架消防無人機(jī)滅火會消耗很長的時(shí)間，由于為避免兩架消防無人機(jī)在空中發(fā)生相撞事故，必須等前一架消防無人機(jī)飛離森林火災(zāi)起火區(qū)域后，另一架消防無人機(jī)才能飛往火災(zāi)現(xiàn)場開展滅火工作，在滅火過程中就存在一定的作業(yè)時(shí)間間歇，容易導(dǎo)致野火死灰復(fù)燃，降低滅火效率。

引入消防無人機(jī)集群技術(shù)，可以解決單架消防無人機(jī)滅火時(shí)經(jīng)常面臨的時(shí)間與效率難題。消防無人機(jī)集群技術(shù)只需一明地面消防操控員，就能同時(shí)操控多架消防無人機(jī)進(jìn)行并行作業(yè)，具體做法是使用多架消防無人機(jī)圍攻野火起火點(diǎn)或著火區(qū)域，同時(shí)對火災(zāi)區(qū)域發(fā)射滅火彈、噴射滅火劑或水，滅火過程一氣呵成，中間沒有作業(yè)時(shí)間間歇，不給野火留下任何死灰復(fù)燃的喘息機(jī)會，可以很快撲滅野火引發(fā)的森林火災(zāi)。消防無人機(jī)集群技術(shù)屬于典型的并行執(zhí)行任務(wù)類型，其作業(yè)效率與無人機(jī)數(shù)量呈正比關(guān)系，滅火效果十分明顯，因此這種滅火技術(shù)極具吸引力。

消防無人機(jī)集群滅火常用戰(zhàn)略

（1）戰(zhàn)略滅火地帶劃分

根據(jù)不同地帶上不同野火威脅程度，劃分為主、次戰(zhàn)略滅火地帶。先滅主要地帶的野火，后集中撲滅次要地帶的野火。

在野火燃燒現(xiàn)場附近無天然和人為防火障礙物，火勢容易自由蔓延，屬于主要戰(zhàn)略滅火地帶；

在火場邊界有天然和人工防火障礙物，火勢不易擴(kuò)大，當(dāng)火勢蔓延到防火障礙物時(shí)，野火會自然熄滅，這是次要戰(zhàn)略滅火地帶。

（2）先控制野火蔓延，后撲滅余火

（3）打防結(jié)合，以打?yàn)橹?/p>

在野火燃燒火勢較猛烈的情況下，應(yīng)在野火蔓延主要方向的適當(dāng)?shù)胤介_設(shè)防火線，并撲滅野火翼側(cè)，防止野火進(jìn)一步擴(kuò)展蔓延。

（4）集中優(yōu)勢力量滅火

野火火勢處于不斷變化之中，空中指揮消防無人機(jī)要縱觀全局，重點(diǎn)部位重點(diǎn)部防，危險(xiǎn)地帶重點(diǎn)防守，抓住撲火最佳時(shí)機(jī)，集中優(yōu)勢力量撲滅火源勢頭，一舉消除野火。

（5）犧牲局部，保存全局

為更好保護(hù)森林資源和居民生命財(cái)產(chǎn)安全，在火勢猛烈、消防無人機(jī)數(shù)量不足的情況下，采取犧牲局部、保護(hù)全局的措施非常必要。保護(hù)對象和次序分別是，先人后物，先重點(diǎn)區(qū)域后一般區(qū)域；如果火災(zāi)危及到樹林和歷史文物時(shí)，應(yīng)先保護(hù)文物后保護(hù)樹林。

（6）安全第一

撲滅野火是一項(xiàng)艱苦的工作，緊張的行動，往往會忙中出錯(cuò)，亂中出事。消防無人機(jī)集群撲火時(shí)，特別是在大風(fēng)天氣撲火，要隨時(shí)注意野火變化，避免地面消防人員被火圍困和人身傷亡。

消防無人機(jī)集群滅火常用戰(zhàn)術(shù)

（1）單點(diǎn)突破，長線對進(jìn)突擊戰(zhàn)術(shù)

消防無人機(jī)集群滅火時(shí)從某一個(gè)地點(diǎn)突入火線，兵分兩路，進(jìn)行一點(diǎn)兩面作戰(zhàn)，最后合圍。這種滅火戰(zhàn)術(shù)選擇突破點(diǎn)是關(guān)鍵，一般選擇接近主要火勢的側(cè)翼突入，在火勢較強(qiáng)的一側(cè)重點(diǎn)配置數(shù)量較多的消防無人機(jī)，火勢較弱的一側(cè)配置少量消防無人機(jī)。

（2）多點(diǎn)突破，分擊合圍戰(zhàn)術(shù)

這是一種快速分割滅火區(qū)域，撲滅野火的實(shí)用消防無人機(jī)集群滅火戰(zhàn)術(shù)。實(shí)施時(shí)，若干架消防無人機(jī)，選擇兩個(gè)以上突破口，然后分別進(jìn)行“一點(diǎn)兩面”作戰(zhàn)，各突破口之間相互形成分擊合圍態(tài)勢，將整個(gè)野火燃燒的火場分割成若干個(gè)區(qū)段，分別擊破，達(dá)到迅速撲滅全部野火的目的。這種戰(zhàn)術(shù)特點(diǎn)是突破口多，使用消防無人機(jī)數(shù)量多，全線展開，每架消防無人機(jī)面對火戰(zhàn)線短，撲火效率高，是消防無人機(jī)集群撲滅野火的常用戰(zhàn)術(shù)。

（3）四面包圍，全線突擊戰(zhàn)術(shù)

這是以足夠數(shù)量的消防無人機(jī)撲滅初發(fā)火、小面積火的實(shí)用戰(zhàn)術(shù)。主要采用全線用兵，四面圍殲的辦法滅火，既要撲滅火勢、又兼顧全局，一鼓作氣撲滅全部野火。其要點(diǎn)是在蔓延強(qiáng)烈的一側(cè)，無人機(jī)部署多于較弱的一側(cè)，在順風(fēng)火處部署無人機(jī)多于逆風(fēng)火和側(cè)風(fēng)火，在上山火部署無人機(jī)多于下山火。

（4）一次沖擊，全線控制戰(zhàn)術(shù)

將全部消防無人機(jī)部署在火線一側(cè)或兩側(cè)，采用一個(gè)撲火層次，全力撲打明火，暫不清理余火，力求在短暫時(shí)間內(nèi)消滅明火，以控制火場局勢，然后再組織一定數(shù)量的消防無人機(jī)消滅殘余火。這種戰(zhàn)術(shù)多多在野火危及到居民區(qū)、重要設(shè)施時(shí)使用。

消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同滅火技術(shù)

消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同滅火是指在“無人機(jī)消防管理指揮中心”統(tǒng)一指揮控制下，綜合利用消防有人機(jī)與消防無人機(jī)的特點(diǎn)，共享森林火災(zāi)現(xiàn)場信息，通過整體力量完成森林火災(zāi)撲滅任務(wù)。其主要步驟是：消防有人機(jī)飛行員通過駕駛艙內(nèi)的監(jiān)控器屏幕，實(shí)時(shí)觀看空中指揮消防無人機(jī)傳輸?shù)幕馂?zāi)現(xiàn)場視頻，并對火災(zāi)現(xiàn)場位置、火勢和發(fā)展趨勢做出自己的判斷，及時(shí)向地面“無人機(jī)消防管理指揮中心”匯報(bào)溝通，形成新的協(xié)同滅火方案，充分發(fā)揮消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同滅火的巨大優(yōu)勢，從而取得最佳滅火效果。

利用消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同滅火技術(shù)，不僅可以大大降低地面消防員在森林火災(zāi)現(xiàn)場面臨的危險(xiǎn)，而且在遠(yuǎn)距離撲滅森林火災(zāi)時(shí)，減少地形、障礙物等因素對消防有人機(jī)和消防無人機(jī)信息傳輸?shù)母蓴_，還可以增加消防有人機(jī)和消防無人機(jī)的滅火范圍，提高滅火效率。由于消防無人機(jī)與消防有人機(jī)二者飛行控制和技術(shù)性能區(qū)別較大，要實(shí)現(xiàn)協(xié)同滅火，必須滿足以下幾個(gè)條件。

（1）協(xié)同控制

消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同控制主要表現(xiàn)在消防有人機(jī)對消防無人機(jī)進(jìn)行任務(wù)控制，即消防無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)過程中，消防有人機(jī)對其飛行、通信、任務(wù)載荷等多個(gè)層面進(jìn)行有效管理、指揮和控制，能夠?qū)o人機(jī)發(fā)出各種指令，讓其配合消防有人機(jī)，消除火場上空投放滅火劑可能遇到的障礙，必要時(shí)甚至可以通過數(shù)據(jù)鏈路實(shí)現(xiàn)其飛行控制。

（2）協(xié)同態(tài)勢感知

需要將消防有人機(jī)、消防無人機(jī)以及其它消防偵察平臺獲取的森林火災(zāi)現(xiàn)場信息進(jìn)行融合，建立關(guān)于滅火活動、任務(wù)能力、位置和滅火劑投放數(shù)量或重量等要素的火災(zāi)現(xiàn)場綜合態(tài)勢圖，以分析火災(zāi)現(xiàn)場的火情現(xiàn)狀和蔓延態(tài)勢，然后有針對性地對目標(biāo)實(shí)施撲滅行動。要做到這一點(diǎn)，對消防有人機(jī)的信息接收和信息處理能力要求很高。

（3）任務(wù)分配

消防有人機(jī)飛行員將根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場的火情種類、蔓延趨勢，以及編隊(duì)中消防無人機(jī)滅火劑或水的裝載量和飛行性能，將不同位置和威脅程度的著火點(diǎn)目標(biāo)區(qū)域，合理地分配給不同類型的消防無人機(jī)即大、中、小型消防無人機(jī)，使整個(gè)編隊(duì)的整體滅火效能最大化，代價(jià)最小化。

消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同指揮控制技術(shù)十分復(fù)雜，主要包括消防無人機(jī)/有人機(jī)任務(wù)規(guī)劃決策系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)化通信接口、任務(wù)管理系統(tǒng)、信息融合系統(tǒng)、態(tài)勢顯示系統(tǒng)、高速寬帶數(shù)據(jù)鏈等部分，可明確整個(gè)消防滅火系統(tǒng)的人機(jī)功能分配、指揮控制系統(tǒng)功能劃分，最大程度發(fā)揮消防有人機(jī)和消防無人機(jī)各自優(yōu)勢，達(dá)到最佳系統(tǒng)平衡和統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮。

消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同滅火過程涉及地面“無人機(jī)消防管理指揮中心”及地面控制站對消防無人機(jī)/有人機(jī)編隊(duì)的指揮控制，消防有人機(jī)對消防無人機(jī)的指揮控制以及消防無人機(jī)的自主控制等。因此，首先須明確協(xié)同指揮控制體系結(jié)構(gòu)，以及不同指揮控制中心的功能與關(guān)系。

由于消防無人機(jī)/有人機(jī)協(xié)同滅火涉及多個(gè)指揮控制中心，因而要實(shí)現(xiàn)協(xié)同控制，關(guān)鍵要解決控制權(quán)限在多個(gè)指揮控制單元之間無縫、連續(xù)、穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換和遷移，根據(jù)任務(wù)需求和指揮控制單元的能力，實(shí)時(shí)調(diào)整控制權(quán)分配，即變權(quán)限指揮控制，相關(guān)內(nèi)容包括控制權(quán)限層次化，以及控制權(quán)在消防有人機(jī)與地面控制站之間切換過程中，消防無人機(jī)信息管理與共享技術(shù)。

圖1 山羊啃食前后的森林情況對比。

圖2 山羊也會啃掉陡峭山坡上的植被。

山羊清除可燃物

針對加州野火災(zāi)害頻發(fā)現(xiàn)狀，消除加州野火災(zāi)害系統(tǒng)性方案的核心內(nèi)容之二是用山羊清除可燃物。

對加州野火頻發(fā)原因進(jìn)行研究分析后可知，加州的自然生態(tài)平衡已經(jīng)受到嚴(yán)重破壞，能夠抗住野火侵?jǐn)_的大樹在急速減少，從上世紀(jì)30年代至今已喪失了一半之多，造成本地一種特有的易燃油脂性灌木瘋長，非常容易著火燃燒，只要有一點(diǎn)火星，就能燒起來。

美國有線電視新聞網(wǎng)（CNN）報(bào)道稱，為保衛(wèi)家園不被野火侵襲，加州等地居民開始利用成群的山羊啃食植被，從而構(gòu)建防火屏障，阻止野火蔓延。據(jù)報(bào)道，山羊喜食灌木，而灌木正是防火需要清除的植被之一。1只山羊每天可以吃3．5～4．5kg食物，相當(dāng)于其體重的百分之九，據(jù)此可判斷山羊能勝任這項(xiàng)工作見圖1。由于山羊動作敏捷，具有很強(qiáng)的攀爬能力，一些陡峭山坡上的植被，也會被它們啃食掉，效果非常好見圖2。

舉個(gè)實(shí)際案例，2019年10月30日早晨6時(shí)，美國加州洛杉磯東北部爆發(fā)了一場新的大火，迫使附近的里根總統(tǒng)圖書館和社區(qū)居民緊急撤離。截至7時(shí)50分大火迅速蔓延超過4km2，距離里根圖書館僅27．4m，由于大火突發(fā)，該地區(qū)高速公路大部分已關(guān)閉。里根總統(tǒng)圖書館位于強(qiáng)制撤離區(qū)中心，里面存放著里根任期內(nèi)總統(tǒng)檔案，超過6000萬頁文件、160萬張照片、50萬英尺電影膠片、成千上萬個(gè)錄音帶和錄像帶以及“空軍一號”總統(tǒng)專機(jī)、40000多件柏林墻殘片文物，數(shù)量如此之多的寶貴歷史文物危在旦夕。但最后結(jié)果卻出乎人們意料之外，里根總統(tǒng)圖書館幸免于難，沒有被熊熊燃燒的野火吞噬，其救星竟然是一群貪吃的山羊。因?yàn)榭紤]到加州野火頻繁，里根總統(tǒng)基金會和研究所早在2019年5月就從當(dāng)?shù)匾患夜咀鈦頂?shù)百只山羊，讓它們吃光了圖書館周圍高度易燃的灌木和植被，令圖書館逃過一劫，讓人稱贊不已。

目前，利用山羊預(yù)防野火的做法正在美國加州及其它西部州縣廣泛推廣見圖3。為租用山羊預(yù)防野火，加利福尼亞州內(nèi)華達(dá)城（Nevada City）副市長塞納姆從去年12月起，在美國知名眾籌平臺“資助我”（Go Fund Me）發(fā)起了一項(xiàng)眾籌基金“山羊基金”，以彌補(bǔ)政府補(bǔ)貼的不足。該基金目前已從內(nèi)華達(dá)市、加利福尼亞州，乃至世界范圍內(nèi)籌集到2．6萬美元資金。利用成群的山羊啃食植被是一種以環(huán)保的方式清除易燃植被的好方法，因此要大力推廣普及。與此同時(shí)，當(dāng)原先的灌木或荒草被山羊啃食干凈后，必須盡快種植抗火樹苗，以防止第二年春天易燃灌木或荒草卷土重來。

圖3 利用山羊啃掉林間空地上的灌木和雜草植被。

具有耐火性和阻火性的樹種稱為抗火樹種。抗火樹種須符合阻火、適生、無害、有經(jīng)濟(jì)價(jià)值等條件，并具備枝葉茂密、含水量大、含油脂少、不易燃燒、耐火性強(qiáng)等特性；下層林木應(yīng)耐潮濕，與上層林木種間關(guān)系相適應(yīng)；生長迅速、適應(yīng)性強(qiáng)、萌芽力高；無病蟲害寄生和傳播等。生物防火林是預(yù)防野火蔓延、控制大面積森林火災(zāi)的有效阻隔，由于選用樹種不易燃燒，而且抗火林帶可以形成林帶內(nèi)小環(huán)境，不利于野火發(fā)生與蔓延。

建議由加州大學(xué)洛杉磯分校大氣海洋科學(xué)系的教授挑頭組織科研小組，通過對加州主要森林樹種進(jìn)行野外調(diào)查采樣，測定所采集樹木樣本的含水量，結(jié)合樹種生物學(xué)特性、生態(tài)學(xué)特性，篩選出適合加州地區(qū)種植的抗火樹種。通過選種，培育抗火性強(qiáng)的樹種，其具有涵養(yǎng)水源能力強(qiáng)．葉片含水量高等特點(diǎn)，提供給加州居民用于植樹造林。

建議加州成立專業(yè)植樹造林隊(duì)，按規(guī)劃在荒山禿嶺上植樹造林，播撒抗火樹種及栽種抗火樹苗，綠化荒山，改善加州生態(tài)環(huán)境。特別是當(dāng)山羊清理出一塊荒地后，植樹造林隊(duì)要及時(shí)跟進(jìn)種植，在荒地上栽種一片抗火樹苗，讓抗火樹林逐漸覆蓋整個(gè)加州大地。

無人機(jī)消防站建立

建立無人機(jī)消防站的目的

為消除加州每年持續(xù)不斷發(fā)生的野火，建議實(shí)行“預(yù)防為主，積極消滅”的方針和利用消防無人機(jī)貫徹“打早、打小、打了”的原則。由于無法預(yù)知野火出現(xiàn)的時(shí)間和地點(diǎn)，人們希望在加州境內(nèi)建立足夠多的無人機(jī)消防站，一旦野火在某時(shí)某地露頭，附件駐站消防員能第一時(shí)間觀察并發(fā)現(xiàn)野火煙霧，及時(shí)向上一級“無人機(jī)消防中心站”報(bào)告火情，并操控4架小型多旋翼消防無人機(jī)起飛，直接飛到起火點(diǎn)，迅速將野火消滅在萌芽狀態(tài)。

圖4 加州無人機(jī)消防組織架構(gòu)體系圖。

構(gòu)建無人機(jī)消防組織架構(gòu)體系

組織架構(gòu)是指一個(gè)組織的整體結(jié)構(gòu)，是為實(shí)現(xiàn)資源組織、流程搭建、業(yè)務(wù)開展、管理實(shí)施等基本任務(wù)要素而搭建的架構(gòu)。為消除加州野火災(zāi)害，必須建立和完善加州無人機(jī)消防組織架構(gòu)。

加州總面積超過42萬km2，城市人口密集區(qū)域約占總面積的25%，除此區(qū)域外，無人機(jī)消防站作業(yè)覆蓋面積約31．5萬km2。以消防多旋翼無人機(jī)使用半徑10km進(jìn)行計(jì)算，每架消防無人機(jī)的有效作業(yè)覆蓋面積約為314km2，全加州需要建立無人機(jī)消防站的數(shù)量約1000個(gè)。考慮到實(shí)際山區(qū)地形的不規(guī)則性，建立無人機(jī)消防站的位置受地形地物影響較大，選址不可能理想化，不可避免地導(dǎo)致消防無人機(jī)有效作業(yè)面積出現(xiàn)一些重疊。因此，為達(dá)到無人機(jī)有效作業(yè)全覆蓋的目的，全加州建立無人機(jī)消防站的數(shù)量需超過1000個(gè)，即理論上的總覆蓋面積略大于需要覆蓋的總面積。

1000個(gè)無人機(jī)消防站劃分為南北兩個(gè)大組，每個(gè)大組有500個(gè)無人機(jī)消防站，分別稱為南加州大組和北加州大組。根據(jù)所處地理位置，將每個(gè)大組又劃分為20個(gè)小組，每個(gè)小組由地理位置相鄰的25個(gè)無人機(jī)消防站組成，將其中1個(gè)地理位置比較靠近中心的無人機(jī)消防站建設(shè)成“無人機(jī)消防中心站”，起小組長的作用。除了完成自身無人機(jī)消防任務(wù)以外，還要負(fù)責(zé)管理、協(xié)調(diào)其余24 個(gè)小組成員即無人機(jī)消防站的消防工作。

地理位置處于南加州的20個(gè)“無人機(jī)消防中心站”，及其各自下屬的24個(gè)小組成員，共計(jì)500個(gè)無人機(jī)消防站包括中心站在內(nèi)，歸屬于“南加州無人機(jī)消防管理指揮中心”管理。同樣，地理位置處于北加州的20個(gè)“無人機(jī)消防中心站”，及其各自下屬的24個(gè)小組成員，共計(jì)500個(gè)無人機(jī)消防站歸屬于“北加州無人機(jī)消防管理指揮中心”管理。

南北加州兩個(gè)“無人機(jī)消防管理指揮中心”均歸加州消防局統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和管理，由此構(gòu)成加州無人機(jī)消防組織架構(gòu)體系，其組織架構(gòu)體系如圖4所示。

無人機(jī)消防站組成結(jié)構(gòu)與工作任務(wù)

無人機(jī)消防站是整個(gè)無人機(jī)消防組織架構(gòu)體系的基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)，或者說是消除加州野火最前沿的陣地。根據(jù)加州的地理、氣候、環(huán)境等特點(diǎn)，以及植樹造林、建立防火隔離帶的需求，建立1000個(gè)無人機(jī)消防站，廣泛部署在全加州森林或草地覆蓋區(qū)域及有需要的地方，編織加州境內(nèi)全覆蓋、消除野火的“天羅地網(wǎng)”。

圖5 建筑在山頂上的野火觀察小屋。

為及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)剛露頭的野火苗頭，需要采取“技防+人防”的消防策略。技防是指利用現(xiàn)代無人機(jī)高科技技術(shù)在空中偵察監(jiān)測，在野火初始狀態(tài)便撲滅火苗；人防是建立野火觀察站，由駐守站內(nèi)的消防員用望遠(yuǎn)鏡觀察周圍的火情，以發(fā)現(xiàn)可疑煙火。無人機(jī)消防站組成結(jié)構(gòu)與工作任務(wù)主要有以下幾方面。

（1）野火觀察小屋和野火觀察塔

每年秋冬季是野火爆發(fā)季節(jié)，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)突然出現(xiàn)的野火苗頭，可以在山頂建筑一個(gè)野火觀察小屋，如圖5所示，或者建造一個(gè)野火觀察塔，也稱森林消防觀察塔，如圖6所示。兩者統(tǒng)稱為野火觀察站，同時(shí)可作為無人機(jī)消防站的辦公室。為便于觀察，野火觀察站四面墻上都設(shè)有窗戶，而且不掛窗簾。在野火頻發(fā)的秋冬季節(jié)，由無人機(jī)消防站的消防員輪班日夜駐守，在目光可及之處，尋找疑似野火的任何可疑煙火。

雖然建造野火觀察小屋的費(fèi)用比建造野火觀察塔低，但是對于不同地區(qū)的無人機(jī)消防站，具體是建造野火觀察小屋還是野火觀察塔，是由該無人機(jī)消防站組所處的地理位置、周圍環(huán)境和觀察效果等因素決定。如果山坡頂峰高度足夠高，周圍沒有視覺障礙物影響消防員的觀察，消防員可以清晰觀察到四周森林草地，那么建筑一個(gè)觀察小屋作為野火觀察站就是首選方案，否則就要建造一個(gè)野火觀察塔，以提高消防員觀察野火的位置高度。

（2）小型消防多旋翼無人機(jī)

野火觀察站是一種傳統(tǒng)的野火火警偵察方法，現(xiàn)代先進(jìn)的野火偵察方法是采用小型消防多旋翼無人機(jī)。消防員操控小型消防多旋翼無人機(jī)在晝夜24h時(shí)間內(nèi)隨時(shí)起飛，執(zhí)行火情偵察任務(wù)，能全天候執(zhí)行偵察作業(yè)，在森林或草地上空巡查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，報(bào)告火場位置，并即刻飛臨起火點(diǎn)上空，向著火點(diǎn)噴射滅火干粉或發(fā)射滅火彈，快速撲滅初發(fā)階段的野火。

小型消防多旋翼無人機(jī)能夠抵達(dá)一般滅火力量難以到達(dá)的地區(qū)，及時(shí)進(jìn)行滅火作業(yè)。無人機(jī)空中偵察監(jiān)視野火的對象包括火焰、煙霧和紅外輻射三種，因?yàn)樵谝盎鸢l(fā)生早期并不容易監(jiān)視到大量火焰，監(jiān)視到的主要是煙霧，所以監(jiān)視煙霧是最早發(fā)現(xiàn)野火的最佳方法。

小型消防多旋翼無人機(jī)在空中拍攝視頻和高清圖像，實(shí)時(shí)傳輸?shù)綗o人機(jī)消防站和無人機(jī)消防中心站，利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，迅速完成煙霧自動識別，判斷出起火點(diǎn)位置。小型消防多旋翼無人機(jī)在夜間作業(yè)需配備專業(yè)紅外熱成像探測儀，在空中對地面進(jìn)行紅外探測，可穿透煙霧遙感到地表溫度等情況，從而快速定位火源。

采用傳統(tǒng)的野火觀察站，并使用小型消防多旋翼無人機(jī)執(zhí)行巡查監(jiān)視、撲滅火苗的方法，能有效撲滅萌芽狀態(tài)的野火，從而達(dá)到“消滅野火災(zāi)害，保護(hù)加州安全”的目的。

無人機(jī)消防站人員工作

每個(gè)無人機(jī)消防站駐守的消防員數(shù)量通常為2人，但是在秋冬季野火頻發(fā)季節(jié)，也可以多增加1名消防員。消防員每天需寫護(hù)林觀察日記，記錄野火觀察情況，即使沒有出現(xiàn)任何火情，也要如實(shí)記錄當(dāng)天天氣狀況，森林或草地中的樹木、雜草、林下植物、野生動物、土壤微生物及其他自然環(huán)境等每天所發(fā)生的微小變化。其實(shí)100多年前美國就有這份工作，當(dāng)時(shí)全美有一萬多名野火觀察員。他們之所以被稱為“野火觀察員”，不稱為“消防員”，原因在于當(dāng)時(shí)還沒有消防無人機(jī)，他們只有觀察和通報(bào)野火發(fā)生地點(diǎn)的能力，而不能像現(xiàn)在可以自己動手操控消防無人機(jī)，撲滅萌芽階段的野火。

雖然不少人都曾是野火觀察員，不過很多人只在一個(gè)秋季時(shí)間段工作，就耐不住寂寞辭職了，能夠連續(xù)幾年秋冬季都工作的人少之又少。因此，根據(jù)以往歷史經(jīng)驗(yàn)及充分體現(xiàn)現(xiàn)代人文關(guān)懷，在野火觀察小屋即無人機(jī)消防站辦公室附近的山坡上要平整出一塊平地，用于修建2套消防員家屬宿舍，供2名消防員家屬居住。在非野火頻發(fā)的春夏季，無人機(jī)消防站消防員起到“護(hù)林員”的作用，主要任務(wù)是植樹造林、修整森林或草地防火隔離帶，其寬度通常是40～60m、維修儀器設(shè)備，以及進(jìn)行無人機(jī)操控和維護(hù)技術(shù)培訓(xùn)等。

現(xiàn)在無人機(jī)消防員都要經(jīng)過嚴(yán)格培訓(xùn)，取得無人機(jī)駕駛員證書。由于消防員每月都有固定工資收入，其隨行家屬沒有，因此要允許其家屬從事一些副業(yè)工作，例如在住處旁邊申請開墾一小塊荒地，種植一些自己家庭食用的蔬菜，其種植面積和品種要獲得批準(zhǔn)，或是承擔(dān)有償植樹任務(wù)及放牧幾十、上百只山羊，山羊的品種和數(shù)量也要事先申請并獲得批準(zhǔn)?！?/p>

(未完待續(xù))