无人机系统在森林防火中的应用探析

曹然

（河北省木兰围场国有林场，河北 承德 068450）

森林火灾是森林自然灾害中破坏性、危害性极大的灾害之一。其突发性强、扑救难度大，一旦蔓延开来，会对森林资源及林区生态系统造成极大破坏，危及林区人民的生命财产安全。无人机是一种可远程操控的无人驾驶飞行器，在军事领域的发展应用已经相对比较成熟，近年来逐渐在气象、农业、林业等民用领域得到广泛的应用。无人机系统具有造价低廉、操作简便、机动灵活、使用安全等特点，相对于其他森林防火技术而言具有独特的应用优势，能广泛适应森林防火的各项工作任务需求，如森林防火日常巡护、森林可燃物调查、野外火源监控、森林火灾火情侦察与辅助扑救、灾后余火监测及火情调查评估等。

一、无人机系统概况

（一）简介

无人机就是没有驾驶人员的飞行器，传统的定义上把这样的飞行器称作靶机，无人机是其俗称。无人机由无人靶机、无人驾驶飞机和遥控飞行器三部分组成，能够在脱离人员的驾驶情况下，依据实际情况，自主控制或和地控人员合作的半自控模式完成任务。无人机系统包括一个或多个地面控制系统或控制站、飞行器、有效载荷及数据链路、有效载荷、发射及回收系统、地面处理和维护系统等。

（二）工作原理

1.机载飞行系统

机载飞行平台包括机体、控制器、传感器、执行器、CCD和无限通信等单元部件。在森林防火中，其主要任务是确保整个无人机森林火灾监测系统的正常运行，是无人机森林防火系统的基础。而地面监测控制平台负责记录无人机飞行轨迹、飞行位置和姿态的信息，存储和输出无人机拍摄传回地面的图像数据，上传由地面控制平台发出的指令，变更无人机的飞行轨迹或方向。它的主要单元部件有：监测计算机、遥控器和无线通讯系统等。

2.机载控制系统

机载飞行平台的设计受机载控制系统的影响，就森林防火系统中的无人机来说，其机身的载重量很轻，它不但要承载机载控制系统，还要承载无线通讯设备和监测仪器等,这就要求相关的硬件要具备体积小、重量轻、能耗低等特点。此外，设计还应考虑抗干扰能力、系统升级等问题。应用于森林防火系统的无人机的机载控制系统，除了要有传感器、执行器、控制器外，还要有具有CCD摄像头以及配件的图像模块来向地面发回图像或相关的数据。

3.地面处理系统

地面处理系统的主要组成部分为数传、图传电台，遥控发射器、数据处理器和计算机。数传、图传电台的作用是接收机载电台发出的图像数据；遥控发射器负责对机载飞行系统发射控制指令；计算机则是用来显示接收到的图像信息和飞行参数数据等方面。

二、无人机系统在森林防火中的应用

（一）无人机系统在空中巡航中的应用

无人机系统分为两部分：飞行器主体和地面控制中心，可以通过全自动或半自动控制开展飞行、监测、记录等任务。无人机系统依赖于远程遥感、全球定位系统(GPS)、数字传输、无线通信等技术，从而将无人机飞行过程中收集到的地表信息数据、图像影音资料快速准确地传送给地面控制中心。无人机系统在森林防火中的应用，可以弥补人工监测的漏洞，更为快捷、全面地获得森林防火信息，更大程度地减少火灾发生概率。无人机系统上配有高分辨率摄像装置、红外线探测装置等高科技设备，能采集到高清地表图像，将采集到的图像内容进行快速实时传送，地面控制中心可以更好地了解森林资源动态。无人机系统的飞行、控制、收回操作十分简单、方便，防火工作人员可以快速掌握并应用在森林防火工作中。所以，无人机系统在空中巡航中的应用，可以有效减轻森林防火人员的负担，辅助工作人员快速准确得到森林防火数据。

（二）火灾扑救应用

从客观的角度上来说，森林区域内常常会堆积大量的落叶，而这些落叶在发生火灾时便会成为助长火势的重要元素，再加上自然风的作用，火势一旦发生很容易朝着风向区域进行快速蔓延，扩大火势规模和范围，因此工作人员在发生森林火灾时，若不能及时地掌握森林火势的蔓延方向和发展情况，则很难在较短的时间内对其有效地控制，而无人机系统在进行巡视的过程中，可以从宏观的角度将整个火灾发生的初始位置以及蔓延的方向向工作人员进行呈现，而工作人员可以以此为理论依据更加有针对性地实施火灾扑救作业，实现森林灭火的高效性。

（三）无人机系统在日常监测中的应用

无人机系统在森林防火日常监测工作中发挥着重要的应用价值。通过地面控制中心对无人机的飞行轨迹进行合理规划，在特定的范围内可以进行24h不间断监测。第一时间发现森林火灾，精确地向地面指挥中心报告起火点，使救援速度更为迅速、救火方案更有针对性，有效控制火势范围，最大限度地降低森林火灾带来的环境破坏及人身安全威胁，避免更大范围的火灾发生。在日常工作中需要工作人员对无人机设置飞行区域轨迹，全方位立体监控森林变化情况。无人机系统在日常监测过程中可以随时将森林影像资料、数据分析传送到地面控制中心，从而做到精准监测，排除火灾隐患，避免大规模森林火灾发生。

三、无人机系统在森林防火中发展

当今社会是一个信息高速发展的新时代，世界各国都对无人机研究、发展和应用也越来越重视。我国在重视无人机在军事领域发展的同时，还坚持无人机军民结合的发展道路，带动民用无人机的发展，尤其是在森林防火方面，无人机以其独具的优势得到一定程度的推动和发展。但我国无人机系统在森林防火方面，还处在初始阶段，没有形成规模，其中还存在着无人机升级技术不够完善、抗风能力差、监测图像精度有待提高等方面的技术问题。但相信随着相关科研的投入不断加大，研究的不断深入，无人机不但在森林防火方面的应用会更加广泛，技术更加成熟；还会在我国资源保护、农业发展、科技发明等领域得到很好的开发应用，发展前景相当乐观。