无人驾驶飞行器森林防火研究

李正英，段利英，胡 橙

（湖北三峡职业技术学院，湖北 宜昌443000）

1 森林防火产业技术现状和发展趋势

目前，护林守林的操作手段仍主要采用比较传统的人工监控方式。一是一线民警和护林员携带干粮徒步走入林区巡查，二是利用安装在重点林场制高点的固定监控摄像头，对安装摄像头的周边区域进行监测。对于宜昌地处丘陵山区，交通不便，无法像平原地区一样采用车辆进入林区巡逻。一线守林队员对所管辖的林区进行巡视的时候往往一进山就是几周甚至几个月的时间，饿了吃口干粮，渴了喝口泉水，经常在深山老林露营过夜，非常辛苦。林区范围大，平均每位护林员需要负责0.3万-0.4万亩（1亩=667m2，下同）的林区，由于无法采用机械化作业方式，光靠守林人员徒步，效率非常低，往往一年都无法走完所管辖的地区，实时的全面监测依靠护林人员自然不可能实现。另一方面，虽然森林防火也采用了现代化的摄像机监控方式，由于受到地形的限制，供电和视频信号传输布线非常困难，用于森林防火的摄像机的数量和覆盖区域也非常有限。而且一些地区山高路险，根本无路可走，也无法架设摄像机，这些区域自然成了森林防火监测的盲区。除此以外，由于几个大型水电枢纽工程都坐落在宜昌，宜昌周边的高压输电线路密度很高，遭遇雷击和树木自然生长碰触高压线造成火险的几率相对于其它地区来说要高许多。同时，林区伐木、上山采药等作业所带进林区的火种也给宜昌的森林防火带来巨大的压力。所以，目前宜昌森林防火的形势极其严峻。

2 国外目前森林防火产业的作业方式

国外目前森林防火的作业方式，主要是依靠遥感卫星和无人驾驶飞机联合作业的方式来进行。例如，德国投入使用的Fire-WatchSystem森林火灾自动预警系统。该系统是一种应用数码摄像技术的森林火灾自动预警系统，它能够及时识别与定位森林火灾，是当前全欧洲最新的技术。该系统经过了多年的实地试验。2002年在勃兰登堡州、梅克伦堡-切波莫瑞州与萨克森州安装了24套这种摄像系统以及7套第二代Fire-Watch装置，此后该林区共发生了近120次森林火灾，没有一次漏报。Fire-WatchSystem正常监测半径10公里，最远可达40km。但安装该系统每套需7.5万欧元。此外，美国利用“大地”卫星进行森林防火监测。该卫星在离地面大约705公里的轨道上绕地球运转，探测地面上的高温地区、浓烟地带以及火灾遗址。同时配合对重点地区使用无人驾驶林火预警飞机进行24小时监测，虽获得了成功，但耗费了巨额资金。加拿大采用从卫星上发射电磁射线检测林区温度，当检测出林区局部温度上升到150～200℃，红外线波长达3.7微米时，便是火灾前兆，立即测定具体温度，采取措施及时防火。同时，使用多架配备先进的直升飞机轮流监测森林火灾，飞行费每小时需5000～6000欧元。2006年10月，美国航空航天局（NASA）和美国林业局在加州使用“牵牛星（Altair）”无人机在森林大火上空进行了两次飞行。使用NASA艾姆斯研究中心提供的红外扫描器查明了主要火灾点，并将数据发送给地面站，大约每隔30分钟就向地面中继传输火灾图像，几乎实时为消防人员提供了态势感知能力。类似地，国外在对电力输电线路的监测和航道监测也同样广泛采用了类似的方法，采用卫星对宏观情况进行遥感，然后根据卫星遥感的结果，有针对性地在能够安装地面摄像机的重点地点定点监测，并利用无人驾驶飞机在无法安装摄像机进行机动监测和巡视。但对比发现，国外的技术有的虽然可靠，但需要借助高空卫星，且施工太复杂；有的技术方案基础实施投资太大，多达几十万甚至上百万美元，投入成本过高，这些难以满足宜昌森林资源监测、航道监控以及电力输电线路监视的实际需要。

3 产业关联度分析以及对我市经济社会发展的促进作用

作为湖北省副中心城市和长江三峡工程的所在地，宜昌林业生态环境保护直接影响到宜昌人民的生产生活和宜昌地区的经济发展，也事关举世瞩目三峡水利枢纽工程运行的安全。作为丘陵地区的宜昌，交通的极为不便利给依赖地面和水上交通的产业带来巨大的阻碍。如果不能改变低效率作业模式，提高工作效率，降低运营成本，必然不能跟上行业呈指数增长的发展步伐，并且对宜昌的经济社会发展带来不可估量的负面效应。因此，如果能够开发引入更加高效地作业模式，比如引入低成本的空中作业模式来取代上述基本采用纯人工的传统模式，相关产业的工作效率必然能够极大地提高，同时运营成本有可能会大幅度降低，为宜昌社会发展做出巨大的贡献。

4 结 语

宜昌市目前林业用地面积2029.5万亩，按照7000名护林员参与护林守林计算，每年工资支出达14000万（按照每人每月2000元计算）。其中还不包含这个守林人员的其它工作经费支出。就是这样的情况下，结合固定监控摄像头所覆盖的35%，监测覆盖率也不可能达到100%，且效率极其低下，大多数时候守林人员一年都无法完成对整个管辖区域的巡查。另外，由于山高路险，很多地区人工不可能到达，也无法安装监控摄像头，形成了守林护林的盲区。如果采用无人驾驶飞行器来替代人工守林方式，则可以昼夜不间断对整个林区进行无缝式的空中巡逻。如果采用多台飞行器分区分片联合作业，则可以大幅度提高巡逻效率。根据派出执行任务的飞行器数量和航线计划保守估算，本监测系统可以在不超过三天的时间里对整个宜昌林区进行一次完全没有盲区毯式地巡视，而飞行器每天的人工、耗材、器材这就等维护运营成本仅为大约等每年80万元左右。更重要的是，飞行器也可以携带多种高科技图像监测手段，比如热成像仪，实现采用人眼和其它传统监测方式不可能达到的预警效果，在山火发生的萌芽阶段就能够被及时被发现，从而有可能在第一时间得到处理。从每年的资金消耗、完成一个监测周期的所需要时间和覆盖率三个角度综合比较，使用飞行器空中巡视以后会相当大幅度地节约成本，并提高工作效率和效果。