飞行观察关键因素在福建航空护林中的应用

王李银

(福建省航空护林总站，福建 福州 350003)

福建境内山地、丘陵占全省总面积的80%以上，森林资源丰富，森林覆盖率连续42年全国第一。福建省航空护林总站，主要承担全省范围内的森林航空消防和林业有害生物飞机防控工作，还承担林火、森林资源、非法占用林地等的航空监测工作。总站于每年9月中旬至次年4月底的防火期租用航空护林直升机，依托福州竹岐直升机场和武夷山机场对全省大部分地区开展巡护飞行作业。

1 飞行观察关键因素选择

飞行观察因素包括机场、航空护林飞行器、机载设备、地形图、航线规划、飞行观察设备、无线WIFI、卫星定位系统、取水点、机降点、气象、指挥调度综合管理系统等。根据近几年的实际应用研究，基于航空护林飞行器、航线规划、卫星定位系统和福建航空护林指挥调度综合管理系统这4个因素可以为航空护林作业构建一个闭合的数据传输系统，故本文选择这4个因素作为关键因素进行应用分析。

2 航空护林飞行器

目前全国各地在航空护林中应用的飞行器主要有M-26、K-32、M-171、M-8、As-350等型号直升机及固定翼飞机等。福建近年来共使用As-350、M-171、M-8、K-32等型号的护林直升机(表1、表2)。

表1 福建使用的不同型号直升机参数及性能对比

2.1 空中巡护

福建省航空护林巡护飞行真高在600 m左右，空中视野开阔，对森林火情、破坏林地等行为发现率高，监测效果好。在林火发生时，可以快速侦查火头数量、火线长度、火势发展方向、火场面积大小、地面交通情况、主要林分等各项信息，精准监测火情。所使用的4种机型均可完成巡护任务。在巡航速度、续航时间和安全性能上，M-171和K-32优势明显。

表2 2016—2020年各型号直升机飞行天数 d

2.2 吊桶洒水灭火

使用直升机吊桶灭火，速度快，喷洒较为准确，对水的利用率高，特别是地势陡峭、地形复杂、地面扑火队员难以到达的地方，优势更为明显。近年来，福建省采用直升机直接洒水灭火案例共6起，基本以空中直接喷洒的方式扑灭或压制猛烈燃烧的火头火线，控制火势发展，直至扑灭明火，较好地实现“打早打小打了”的扑火原则。采用吊桶洒水灭火，在最大载水量和吊桶取水效率方面，K32和M-171优势明显(表1)。

2.3 机降灭火作战演练

机降灭火强调速战速决，适用于扑救初发火情，是森林航空消防空中优势的具体表现之一[1]。在飞行观察员的指挥下，使用直升机可在较短时间内将装备齐全的扑火队员空运到火场指定位置，扑火队员可省去路途劳累，保持体力，加快灭火速度。机降灭火直升机可载人量较大为宜。M-171和M-8的载人优势明显。

福建省地处东南沿海，阵风较大，境内山地、丘陵比例高，地势总体上西北高东南低，海拔落差较大。综合福建的地理、气候等具体情况，制定评分标准(表3)。其中巡航速度、续航时间、最大载水量、最大载人量等4项性能均指实际应用性能；安全性以平均每航期起飞前故障发生数来衡量；成本以日租金来衡量。对航空器的各项性能进行综合评分(表4)，结果可见，M-171和K-32直升机安全性强、载水量大、取水效率高、巡护飞行速度快、载人数较多，最适用于福建省的航空护林作业。

表3 直升机性能评分标准

表4 不同型号直升机综合评分

3 航线规划

航空护林飞机飞行的路线称为空中交通线，简称航线。航线确定了飞机的飞行具体方向、起飞点、转点和降落点。每个航期开航前，福建航空护林总站均需要根据护林任务、森林资源分布、飞机性能、机场情况等统筹规划若干条航空护林航线，报相关空管部门批准后使用[2]。

3.1 覆盖区域规划

根据航空护林工作特点和实际飞行情况，航线规划时首先要考虑覆盖面。航线要覆盖重点林区、重要森林景区、人员活动频繁的林区及护区大部分地区。以表5航线为例，Fj101主要覆盖武夷山国家公园(重点林区、重要森林景区)；Fj102主要覆盖南平南部和福州西北部地区(重点林区)；Fj103主要覆盖南平西部和三明地区(重点林区)；Fj104主要覆盖福州西部及莆田地区(人员活动频繁的林区)；Fj105主要覆盖福州东部(人员活动频繁的林区)；Fj106主要覆盖宁德地区(重点林区)；Fj107主要覆盖南平东部和宁德西部(重点林区)；Fj108主要覆盖福州周边地区鼓山等地(重点林区、重要森林景区、人员活动频繁的林区)；Fj109主要覆盖泉州及龙岩东北部地区(重点林区)；Fj110主要覆盖泉州地区(重点林区、重要森林景区、人员活动频繁的林区)；Fj111主要覆盖莆田、泉州和漳州部分地区(重点林区、人员活动频繁的林区)。

根据空域使用优先顺序，航空护林直升机日常巡护飞行航线规划时需避让军民航飞行，并尽量避开跨越空管分区。福建空管分区主要分福州和厦门两个区，以莆田、三明、泉州连接线为分界线。航线跨越空管分区，飞行冲突会更多，审批部门更多，程序更复杂，航线飞行审批效率就会下降，其至很难获得批准。此外，还要尽量避开不宜进入空域，如大城市上空、军事设施附近等其他禁飞空域。

3.2 航线长度设计

航线长度指航线上每个航段长度的总和。由于不同航空护林飞行器巡护航程不一样，航线长度规划时要重点关注机型[2]，充分考虑福建省使用的各型号直升机的实际巡护航程，以及起飞时间和返航落地时间等限制。考虑到实际作业时，直升机需要进行盘旋观察、飞行避让等，故每次飞行需扣除的0.5 h作业耗时，因此续航时间不宜超过3 h。综合各因素，福建省航空护林航线长度理论设计不宜超过540 km。

表5 福州竹岐基地航线规划及2016—2019年度飞行情况

根据近几年的飞行实践，航空护林飞行受天气、空管等各种因素影响，实际每架次可飞行时间约为1.5～2.5 h。综合表6中的实际批复飞行次数，规划航线长度以170～350 km为最佳。综合以上因素，近年规划最佳航线为Fj104、Fj105、Fj106、Fj108。

4 卫星定位系统

4.1 领航

卫星定位系统未应用前，航空护林飞行主要依靠目视飞行，机组人员需要花费大量时间在地形图上把飞行航线上的每个转点标注出来。在实际飞行中，主要依靠罗盘和地标目测确定位置，飞行员要花费大量的精力定位地标，一定程度上影响了飞行安全。此外，航空护林巡护作业区域大，基本每次飞行都会跨越2～3个地市，在能见度低或者开展航空护林灭火作业时容易偏航甚至迷航。使用卫星定位系统可不受能见度影响，定位准确，误差小，对规划好的航线领航效果非常好，基本不会发生偏航或迷航现象。

4.2 确定火场位置

使用航空护林直升机监测林火，视野开阔，不受地形限制，无死角和盲区，观察林火、监测火场要素高效、准确。在卫星定位系统未应用前，飞行观察员依靠地形图定位火场位置，对照地面地标，然后按照地形图上标注的经纬度，用尺子测量后按比例测算确定火场位置。由于福建飞行观察使用的是1∶200 000的地形图，测算和经纬度误差通常在±300～500 m。飞行观察员确定火场位置耗时5 min以上，导致收集火场要素的时间不足，一定程度上影响了火场侦察结果。使用卫星定位系统后，飞行观察员只要在飞行终端上安装卫星定位软件就可以实时记录飞机所在位置。侦察火场时，只要到达火场上空卫星定位软件就能迅速定位，耗时不足1 min，且可以精确读取经纬度，误差一般仅为±15 m。

4.3 勾绘火场示意图

发生林火时或林火扑灭后，要准确了解火场的面积、形状，最直观的就是勾绘火场示意图。在卫星定位系统未应用前，勾绘火场示意图都是由飞行观察员在飞机绕火场飞行时根据地标确定几个位置的经纬度，然后在地形图上进行标注，再按比例尺测算火场面积，平均耗时20～30 min。使用卫星定位系统后，飞机绕火场飞行时，每间隔一定的距离选一个点定位经纬度，在特殊的地段多定几个点位，然后在卫星定位软件中将定位的点连接起来，就能快速准确勾绘出火场示意图并测算火场面积，平均耗时仅5～10 min，使用高效便捷，可节约大量的时间。

5 航空护林指挥调度综合管理系统

5.1 数据库

福建省航空护林总站于2018年建设了福建省航空护林指挥调度综合管理系统，于2020年投入使用。福建航空护林数据库系统包括了空间数据、基础地理信息数据、专题数据、业务数据等。具体包括行政地名、道路、山名、取水点、野外临时停降点、直升机飞行航线、实时位置数据、历史轨迹数据及各类文档资料、历史统计报表、图表等数据(图1)。

图1 福建航空护林指挥调度综合管理系统架构

5.2 航空护林指挥调度子系统

福建航空护林指挥调度子系统主要提供直升机的航护、航管和调度功能，满足飞行规划、指挥调度、日常业务管理、现场拍照取证等业务需求，提高应急指挥能力和决策准确性。

5.3 航空护林APP

福建航空护林APP是数据采集功能的移动终端，具有航空护林图像、视频的采集、上传功能，能与指挥调度综合管理系统进行集成。在飞行作业时，飞行观察员将航空护林APP安装在飞行观察终端上，巡护飞行时，实时将飞机位置、巡护轨迹及图像视频拍摄等信息传回航空护林指挥调度综合管理系统，飞行作业结束时，飞行观察员通过APP上报飞行情况，系统可生成飞行报表并进行统计汇总。

当有林火发生时，只要确定火场位置，飞行调度员就能从数据库中提取最近的取水点、野外临时停降点、离林火最近的航线等信息，根据火场位置快速规划出最近的临时航线，快速申报飞行计划，为直升机参与防灭火争取大量时间。领导可在指挥调度综合管理系统看到飞机的实时位置、飞行轨迹等信息，还可以通过飞行观察员拍摄的视频或图片，对森林防灭火作业进行指挥调度，及时将灭火任务下达至飞行观察员，有效提高飞行作业效率。

在未使用航空护林指挥调度综合管理系统前，飞机位置、巡护轨迹及图像视频拍摄等信息均要通过第三方软件传回，相关飞行数据靠人工录入汇总，耗时大且易发生差错。使用航空护林指挥调度综合管理系统后，相关信息传输方便，数据汇总准确，查询方便，指挥调度更加直接，实用性更好。

6 结语

初步应用研究表明，K-32和M-171直升机在福建航空护林中的适用性最强，航线长度170～350 km最佳，近年规划的最佳航线为Fj104、Fj105、Fj106、Fj108。使用卫星定位系统在航空护林作业领航、定位和勾绘火场示意图等方面应用便捷高效，精确度高。福建省航空护林指挥调度综合管理系统在福建省的航空护林工作中具有较好的实用性。随着科技的不断进步，今后还可以进一步探索综合性能更好的飞行器，结合实践优化航线和航空护林指挥调度综合管理系统，以取得更佳的航空护林效果。