引言

近年來(lái)，國(guó)家大力推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和低空經(jīng)濟(jì)建設(shè)[1]，水利部也相繼印發(fā)了《關(guān)于加快構(gòu)建現(xiàn)代化水庫(kù)運(yùn)行管理矩陣的指導(dǎo)意見(jiàn)》（水運(yùn)管[2023]248號(hào)）以及《數(shù)字孿生水利“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知夯基提能行動(dòng)方案（2024年～2026年）》等，指出要充分利用無(wú)人機(jī)等現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)技術(shù)，提升水利對(duì)象全要素和治理管理全過(guò)程智能監(jiān)測(cè)感知能力，引領(lǐng)水利高質(zhì)量發(fā)展[2]。目前，在水利行業(yè)應(yīng)用中，利用無(wú)人機(jī)的高度靈活性、掛載模塊豐富、地理空間限制小等特點(diǎn)，將無(wú)人機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于水庫(kù)樞紐的水質(zhì)監(jiān)測(cè)[3]、地形測(cè)量[4]、地災(zāi)識(shí)別[5]、移民征地[6-7]、水政監(jiān)察[8]、隱患探測(cè)[9]、巡查巡檢[10]等方面。欽寸水庫(kù)近年來(lái)也利用遙感衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)、視頻監(jiān)控等現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)技術(shù)構(gòu)建天空地水工一體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)庫(kù)區(qū)、壩區(qū)及下游影響區(qū)內(nèi)的水利對(duì)象及治理過(guò)程的全局感知。本文通過(guò)對(duì)欽寸水庫(kù)無(wú)人機(jī)應(yīng)用案例的介紹，探討無(wú)人機(jī)在水庫(kù)庫(kù)區(qū)森林防火中的應(yīng)用價(jià)值及發(fā)展趨勢(shì)。

一、項(xiàng)目概況

欽寸水庫(kù)工程位于浙江省紹興市新昌縣境內(nèi)，壩址地處曹娥江主要支流黃澤江上的原欽寸村附近，是一座以供水、防洪為主，兼顧灌溉和發(fā)電等綜合利用的水利工程。壩址以上集水面積316平方千米，水庫(kù)正常蓄水位98.00米，臺(tái)汛期限制水位96.00米，死水位66.00米（極限供水位62.00米）；水庫(kù)總庫(kù)容24432萬(wàn)立方米，正常蓄水位以下庫(kù)容17662萬(wàn)立方米，供水調(diào)節(jié)庫(kù)容16658萬(wàn)立方米，防洪庫(kù)容6205萬(wàn)立方米。2023年10月通過(guò)水利部評(píng)價(jià)，認(rèn)定為第一批水利部標(biāo)準(zhǔn)化管理調(diào)水工程。

二、無(wú)人機(jī)技術(shù)

欽寸水庫(kù)庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)共設(shè)有4個(gè)無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)，分別是欽寸水庫(kù)機(jī)場(chǎng)、彭頂山機(jī)場(chǎng)、大坪頭機(jī)場(chǎng)、龍皇堂機(jī)場(chǎng)。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)由無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)、無(wú)人機(jī)和無(wú)人機(jī)調(diào)度平臺(tái)組成。其中，無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)為大疆1代機(jī)場(chǎng)，整機(jī)具備IP55級(jí)別的防護(hù)能力，能夠有效防止灰塵侵入和抵御大浪的噴射，確保在一定程度的灰塵和雨水環(huán)境中正常運(yùn)作。無(wú)人機(jī)為大疆M30T無(wú)人機(jī)，能在 -20% 至 50% 的環(huán)境溫度下工作，滿(mǎn)足寒冷和炎熱等不同氣候條件下的作業(yè)需求，其最長(zhǎng)飛行時(shí)間可達(dá)41分鐘，懸停時(shí)間可達(dá)36分鐘，配備了變焦、紅外、廣角相機(jī)，能夠適應(yīng)各種不同的工作環(huán)境。在欽寸水庫(kù)控制室部署一套無(wú)人機(jī)調(diào)度平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)任務(wù)規(guī)劃、飛行歷史查看、數(shù)據(jù)可視化展示及統(tǒng)計(jì)分析管理等，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)組成見(jiàn)表1。

表1無(wú)人機(jī)系統(tǒng)組成

三、綜合管理應(yīng)用實(shí)例

通過(guò)在欽寸水庫(kù)庫(kù)區(qū)設(shè)置4處無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)，開(kāi)展森林防火巡查及森林管護(hù)等工作，解決森林區(qū)域管理面積大、遠(yuǎn)山高山巡查難度大、成本高、盲區(qū)多、效率低、信息掌控不全、應(yīng)急策略不精準(zhǔn)等人工巡查存在的問(wèn)題。無(wú)人機(jī)在水庫(kù)森林管護(hù)中的管理模式如下。

（一）定期巡查與預(yù)防

1.定期巡查。利用無(wú)人機(jī)的高效性和廣覆蓋性，對(duì)水庫(kù)林區(qū)進(jìn)行定期的空中巡查。通過(guò)無(wú)人機(jī)進(jìn)行每日不少于15架次的巡檢，實(shí)時(shí)監(jiān)控林區(qū)狀況。一旦發(fā)現(xiàn)林緣埋灰、燃燒秸稈、燒烤等野外違規(guī)用火行為，通過(guò)無(wú)人機(jī)指揮平臺(tái)向相關(guān)部門(mén)和人員反饋信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除潛在火災(zāi)隱患，確保森林安全。

2.預(yù)防宣傳。借助無(wú)人機(jī)搭載的喊話(huà)探照一體設(shè)備，在林區(qū)進(jìn)行防火宣傳，播放防火宣傳語(yǔ)音，將防火知識(shí)傳遞給林區(qū)居民和游客，提高其防火意識(shí)。

3.數(shù)據(jù)整合與共享。無(wú)人機(jī)收集的數(shù)據(jù)可以與地面監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)相結(jié)合，形成一個(gè)全面的森林健康監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)數(shù)據(jù)整合，可以構(gòu)建森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)信息共享和資源的優(yōu)化配置。

4.應(yīng)急演練。將無(wú)人機(jī)用于模擬火災(zāi)發(fā)生時(shí)的應(yīng)急響應(yīng)演練，通過(guò)模擬不同的火災(zāi)場(chǎng)景，無(wú)人機(jī)可以協(xié)助救援人員進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演練，提高應(yīng)對(duì)真實(shí)火災(zāi)的能力。同時(shí)，無(wú)人機(jī)的飛行數(shù)據(jù)和操作經(jīng)驗(yàn)可以為制定更有效的應(yīng)急方案提供支持。

（二）火情偵察與預(yù)警

1.AI算法應(yīng)用。為提升火情防控能力，將AI煙霧識(shí)別算法應(yīng)用于無(wú)人機(jī)日常巡查中，能夠迅速、準(zhǔn)確地識(shí)別煙霧、火源和火勢(shì)。當(dāng)無(wú)人機(jī)探測(cè)到異常情況時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，并向無(wú)人機(jī)指揮平臺(tái)發(fā)送警告信息。

2.監(jiān)管平臺(tái)與預(yù)警響應(yīng)。無(wú)人機(jī)調(diào)度平臺(tái)接收到無(wú)人機(jī)傳回的警告信息后，通過(guò)人工審核確認(rèn)信息的準(zhǔn)確性。一旦確認(rèn)，平臺(tái)將迅速將精準(zhǔn)定位發(fā)送至相關(guān)人員，進(jìn)行火情處置。這一過(guò)程為護(hù)林員和應(yīng)急救援人員提供了寶貴的預(yù)警時(shí)間，使他們能夠迅速采取應(yīng)對(duì)措施，有效防止火勢(shì)蔓延和擴(kuò)大。

3.多無(wú)人機(jī)協(xié)同作業(yè)。在火情偵察與預(yù)警階段，多架無(wú)人機(jī)可以協(xié)同工作，從不同角度和高度對(duì)火場(chǎng)進(jìn)行全方位監(jiān)控。這種協(xié)同作業(yè)模式能夠提供更全面的火場(chǎng)信息，確?；鹎閭刹斓臏?zhǔn)確性和預(yù)警的及時(shí)性。

（三）火勢(shì)評(píng)估與預(yù)測(cè)

1.全面?zhèn)刹旎鹎??；饒?chǎng)情況瞬息萬(wàn)變，無(wú)人機(jī)可以迅速抵達(dá)火場(chǎng)，從高空進(jìn)行全方位、多角度的偵察，實(shí)時(shí)獲取火勢(shì)大小、火場(chǎng)面積、火勢(shì)蔓延速度和方向等關(guān)鍵信息，為地面指揮人員提供決策依據(jù)，使他們能夠迅速制定出科學(xué)合理的救援方案。

2.精準(zhǔn)定位火點(diǎn)。無(wú)人機(jī)搭載的熱成像攝像頭能夠在濃煙和黑暗中精準(zhǔn)辨識(shí)火源，幫助應(yīng)急救援人員在視線(xiàn)受阻的情況下準(zhǔn)確定位火點(diǎn)，提高滅火效率。

3.實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)平臺(tái)不僅能夠獨(dú)立完成火情偵察與預(yù)警任務(wù)，還能夠與地面救援力量實(shí)現(xiàn)信息共享和聯(lián)動(dòng)。通過(guò)無(wú)人機(jī)傳回的實(shí)時(shí)圖像和數(shù)據(jù)，地面救援人員可以更準(zhǔn)確地了解火場(chǎng)情況，制定更加有效的救援方案。

（四）滅火支援與輔助

無(wú)人機(jī)能夠在發(fā)現(xiàn)火情后，立即啟動(dòng)尋找就近水源的程序。利用其高效定位和精準(zhǔn)導(dǎo)航能力，在短時(shí)間內(nèi)精確鎖定附近的水源位置。一旦找到水源，無(wú)人機(jī)可以與應(yīng)急救援隊(duì)伍進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，指導(dǎo)消防隊(duì)伍快速到達(dá)水源處，并協(xié)助完成滅火任務(wù)。無(wú)人機(jī)可以裝載滅火物資在空中直接投擲，對(duì)火勢(shì)進(jìn)行及時(shí)的空中壓制，減少應(yīng)急救援人員接近火源的潛在風(fēng)險(xiǎn)，為救援行動(dòng)爭(zhēng)取更多寶貴的時(shí)間。無(wú)人機(jī)可以不間斷地為消防隊(duì)伍提供道路指引服務(wù)，協(xié)助隊(duì)伍在復(fù)雜的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)中尋找最佳的救援路線(xiàn)。在夜晚或視線(xiàn)不佳的環(huán)境下，可以為應(yīng)急救援隊(duì)伍提供有效的燈光照明服務(wù)，確保視野清晰。無(wú)人機(jī)能夠執(zhí)行物資投送任務(wù)，如運(yùn)送救援設(shè)備、食物和水等必需品，為救援隊(duì)伍提供全方位的輔助支持。

（五）災(zāi)后評(píng)估與監(jiān)測(cè)

撲滅火災(zāi)后，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行災(zāi)后評(píng)估與監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的空中拍攝和監(jiān)測(cè)，無(wú)人機(jī)可以獲取火災(zāi)后的現(xiàn)場(chǎng)情況，為后續(xù)的災(zāi)后重建和生態(tài)恢復(fù)提供依據(jù)。同時(shí)，無(wú)人機(jī)還可以對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行持續(xù)的空中監(jiān)測(cè)，評(píng)估火場(chǎng)的穩(wěn)定性和潛在的復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)防火災(zāi)復(fù)燃和次生災(zāi)害的發(fā)生，為災(zāi)區(qū)的安全穩(wěn)定提供有力保障。

四、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與建議

（一）技術(shù)優(yōu)勢(shì)

欽寸水庫(kù)運(yùn)用的無(wú)人機(jī)技術(shù)，如AI煙霧識(shí)別算法、先進(jìn)傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、多機(jī)協(xié)同作業(yè)模式等，具有廣泛適用性。其他地區(qū)可借鑒這些技術(shù)，提升自身火情偵察、預(yù)警和火勢(shì)評(píng)估能力。

（二）管理模式

欽寸水庫(kù)基于無(wú)人機(jī)的管理模式，包括航線(xiàn)規(guī)劃、站點(diǎn)設(shè)置、數(shù)據(jù)整合共享、空地聯(lián)動(dòng)等方面，為森林防火管理提供了有效范例。通過(guò)合理規(guī)劃巡查路線(xiàn)和設(shè)置工作站點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高效覆蓋；整合數(shù)據(jù)資源，優(yōu)化決策；空地聯(lián)動(dòng)機(jī)制可提升整體救援效率。

（三）宣傳教育

利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行防火宣傳的創(chuàng)新方式，如搭載喊話(huà)設(shè)備在林區(qū)宣傳，具有低成本、高覆蓋、效果好的特點(diǎn)，可在其他林區(qū)推廣，提高公眾防火意識(shí)，從源頭上預(yù)防火災(zāi)。

（四）演練模式

欽寸水庫(kù)通過(guò)無(wú)人機(jī)模擬火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行應(yīng)急演練的模式，有助于提升救援人員實(shí)戰(zhàn)能力，其他地區(qū)可應(yīng)用該模式，增強(qiáng)應(yīng)對(duì)森林火災(zāi)的能力。

結(jié)語(yǔ)

本文論述了基于無(wú)人機(jī)技術(shù)的水庫(kù)庫(kù)區(qū)森林防火管理模式。實(shí)踐證明，無(wú)人機(jī)在欽寸水庫(kù)森林防滅火工作中的應(yīng)用成效顯著，其在識(shí)別技術(shù)、管理模式、宣傳教育、應(yīng)急演練、火災(zāi)救援等方面均具有可復(fù)制與推廣的價(jià)值。欽寸水庫(kù)應(yīng)提高AI識(shí)別算法精度，同時(shí)部署固定翼無(wú)人機(jī)，通過(guò)固定翼的大范圍巡查與多旋翼自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)的精確懸停巡查相互配合，構(gòu)建更加高效、嚴(yán)密的巡查網(wǎng)絡(luò)，為森林防火工作提供強(qiáng)有力的支撐。

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