加州野火灾害系统性消除方案（五）

符长青

本文详细介绍无人机消防中心站和无人机消防管理指挥中心的目的、任务、人员、主要设备及建设费用。

无人机消防站的主要设备及维修工作

（1）无人机消防站的主要设备

1）奥斯本野火测量罗盘

奥斯本野火测量罗盘是一种定位野火的工具，可以360°转动，盘面有目光可及区域的所有地形及周围地形，以及标有地理位置的准确的经纬度，如图1所示。如果发生野火，消防员能第一时间测量出着火点准确位置。

图1 奥斯本野火测量器显示的起火点位置和地形图。

除了采用测量仪器精确测量野火起火点位置外，有经验的消防员一般会根据自己观察野火烟雾形态的实践经验，大致判断出野火起火位置。白天在晴天情况下，可从野火烟雾颜色、烟柱高度、空气中的烟味等因素判断火势大小，从而确定具体起火点距离的远近。不过要注意的事项是，火大容易将很远的起火点误认为就在近处；火小则容易将较近的起火点误认为距离比较远。

2）无人机消防车

每个无人机消防站需配备1辆无人机消防车及其他一些必备消防灭火设备和原材料，每辆无人机消防车车上装载4架小型消防多旋翼无人机。

3）星链移动通信网络系统

星链移动通信网络系统是新一代移动互联网，具有高速度、低时延、低功耗等特性，其时延已降到8ms量级，能为消防无人机飞行控制提供良好的无线通信支撑。

消防无人机无线通信信号的传输质量、效率、保密性、稳定性等面临极大考验，尤其是在复杂地形和天气条件下飞行，“星链+无人机”可以看作是最好的“搭档”之一，能极大扩展消防无人机的作业范围，发挥更大作用。

星链网络支持消防无人机超高清视频实时传输，保障消防无人机采集数据的时效性；还能满足消防无人机远程控制需求，无人机任务管理、飞行控制、航迹监控等操作，都可以在远程管控平台完成。

小型消防无人机一般在低空执行任务，可应用星链地面网络，不再需要单独为消防无人机建立网络，节省了成本。在1000m以下高度，消防员借助星链移动互联网对消防无人机进行控制，消防无人机可直接摆脱点对点地面控制系统，这意味利用全球范围内的星链网络覆盖，消防无人机只需地面中继站就能执行任务。

星链网络通信能力强大，足以满足消防无人机广泛连接需求。同时结合星链系统高精度定位能力，消防无人机在低电量时，能自动找到最近的充电平台，解决当前消防无人机续航时间过短的问题。

星链网络系统将弥补移动通信系统的盲区，在全球任何地方，特别是在地广、人稀的偏远地区，只要发生森林火灾，消防无人机都能使用星链网络执行灭火任务。

4）消防无人机小修所必备的维修工具和设备

5）消防器材，灭火干粉，灭火弹等消防用原材料

（2）消防无人机维修

消防无人机维修一般分保养、中修和大修三级。

1）保养

保养是指为保持消防无人机性能而进行的日常维护保养、检查和排除故障、调整和校正、机件更换及定期检修等周期性工作，包括机体表面清洗、擦拭、通风、添加油液或润滑剂、充气等保养工作，是技术和资源要求最低的维修工作类型，一般由消防无人机使用单位即无人机消防站承担。

2）中修

中修是指使用消防无人机的上级维修单位即无人机消防中心站及其委派的维修分队，对无人机进行维修，它比无人机消防站有更强的维修能力，承担使用单位所不能完成的维修工作。主要包括无人机机体结构中修，机载设备及零件中修、大修和损伤修理、一般改装等，

3）大修

大修是指无人机修理机构拥有最强的维修能力，能够执行故障消防无人机所必要的任何修理工作。因此消防无人机的大修，技术复杂的改装，事故修理，零备件制作等，都由，由无人机消防管理指挥中心或制造厂所承担维修。

无人机消防站建设费用估算

（1）野火观察站建筑费用15万美元；

（2）两套家属宿舍建筑费用合计40万美元；

（3）奥斯本野火测量罗盘1台，费用1万美元；

（4）无人机消防车1辆，费用25万美元；

（5）小型多旋翼消防无人机4架，每架40万美元，费用合计40×4=160万美元；

（6）维修工具和设备，费用3万美元；

（7）消防器材，灭火干粉，灭火弹等，费用10万美元；

（8）不可预知费用10万美元；

每个无人机消防站建设总费用预计264万美元。

960个无人机消防站建设总费用预计25.344亿万美元。

无人机消防中心站建立

建立无人机消防中心站的目的

由加州无人机消防组织架构体系可知，1000个无人机消防站，划分为南北两个大组，每个大组又划分为20个小组，每个小组由地理位置相邻的25个无人机消防站组成，其中1个被任命为无人机消防中心站，总共有40个无人机消防中心站，无人机消防中心站除了完成本职野火观察和扑灭任务外，还要承担24个下属无人机消防站的组织管理、任务协调和设备维护、维修工作及其他副业任务。

无人机消防中心站的任务

无人机消防中心站的任务分为两大类，一类是主业即主要、最重要的消防任务，另一类是副业。

（1）主业

首先无人机消防中心站是一个无人机消防站，因此要具备完成一个无人机消防站全部工作任务的能力，包括在山顶建筑一个观察小屋，在秋冬野火频发季节，由消防员轮班日夜驻守，每日编写观察日记。一旦发现火情，或者收到下级无人机消防站火情发现报告，要第一时间通报上级无人机消防管理指挥中心，并保持上、下级单位之间通畅的无线通信联络。与此同时，无人机消防员都需取得无人机操控员资格证书，能够在发生火灾时熟练操控消防无人机起飞，并迅速飞到起火点上空，及时将起火点现场视频实时回传，争分夺秒将野火消灭在初发阶段。另外，作为消防中心站，它还要对下属24个无人机消防站实施组织领导、统一指挥、协调管理及设备维修等工作。

（2）副业

除主业以外，无人机消防中心站的任务还有副业，副业是在不影响主业任务完成的前提下，围绕“消除野火灾害，保卫加州安全”主题，因地制宜开展的一些项目建设，主要包括以下几方面。

1）旅游胜地建设

观光旅游业的发展必须依赖于一定的旅游资源。旅游资源虽包罗万象，但无外乎自然资源和人文资源两类。在美国众多旅游胜地中，有的以自然资源为特色，有的以人文资源为特色。实际上，随着人们思维方式和审美观的改变，现在和未来，自然资源已经成为最具魅力的旅游优势资源。由于无人机消防中心站所处的森林位置，能体现生态、绿色、人与自然、度假、文化、吸氧、远足等未来旅游业主题，因此充分利用这一良好的自然生态环境，附带将40个无人机消防中心站打造成各具不同特色的远足、登山、野营、森林吸氧、绿色休假的旅游胜地，在非野火频发季节，向广大旅游爱好者开放。

2）消防安全教育基地建设

为了开展消防安全宣传教育工作，消防安全教育基地一般都有火灾案例、消防标识、隐患排查、模拟灭火等展示区和模拟场景区，其中模拟场景区能最大限度还原火场实况，参观者可以在此亲身体验隔空互动，烟雾逃生，安全用电，消防灭火，模拟醉驾，知识抢答，模拟地震，结绳训练等展项，以增强教育、宣传效果。消防安全教育基地作为消防安全公益课堂，在非野火频发季节可以邀请学生和市民参观与学习，将消防安全意识深入到千家万户。无论孩子还是成年人，都能从中学到消防安全知识，并体验火灾火情危险，从而达到寓教于乐、宣教入心的良好效果。

3）消除加州野火灾害的专业科研基地建设

无人机消防中心站可充分利用身处对抗加州野火最前线的有利条件，建立野火专业科研基地，培养一批从事消防与消除野火灾害的高水平专业人才，在解决加州野火频发、灾害事故突出问题中充分发挥技术骨干作用。研究课题包括野火发生的过程、热传播形式和火灾强度等加州野火形成机制，野火蔓延特征和环境、气候和人类活动等影响野火蔓延的主要因素，以及火灾模拟或重构、火灾燃烧实验、阻燃机理与物证鉴定等关键技术。

4）山羊良种培育基地建设

无人机消防中心站除需采用山羊清除可燃物这种高效环保方法外，还要大力推广普及这种好方法。要把无人机消防中心站建设成山羊良种培育基地，培育和饲养几百只良种山羊。另外，40个无人机消防中心站都要成立一支自己的专业山羊放牧队，按计划将山羊群运往需要清除易燃植被的地方放牧，以便将易燃植被清除干净，阻断野火可能蔓延的路径。

要建立山羊认领制度，号召全加州或全美国、全世界民众，特别是学生和小朋友到专业山羊放牧队，或通过计算机、手机认领1只或多只山羊。认领人要与专业山羊放牧队签订领养协议，在交纳认领费之后，其认领的山羊主权归认领人所有。认领人可以将山羊带回家自己饲养，也可以将其留下，委托专业山羊放牧队代为饲养，但每年要交纳饲养代理费。代饲养期间，饲养员要定期如每月，用电子邮件或手机视频向委托人报告代饲养山羊的生活和啃食易燃植被情况。委托人可以随时去代为饲养的地方看望自己认领的山羊，或者将其带回家自己饲养几天后再送回来，或不送回来。另外，有一点值得注意的是，当原先的灌木或荒草被山羊啃食干净后，必须尽快种上抗火树苗，以防止第二年春天易燃灌木或荒草卷土重来。

5）抗火树种培育基地建设

具有耐火性和阻火性的树种称为抗火树种。抗火树种须符合阻火、适生、无害、有经济价值等条件，并具备枝叶茂密、含水量大、含油脂少、不易燃烧、耐火性强等特性；下层林木应耐潮湿，与上层林木种间关系相适应；生长迅速、郁闭快、适应性强、萌芽力高；无病虫害寄生和传播等。植物防火林是预防野火蔓延、控制大面积森林火灾的有效阻隔，其作用不仅是由于选用树种不易燃烧，而且抗火林带可以形成林带内小环境，不利于森林火灾发生与蔓延。

图2 改装后的中型消防无人直升机吊桶取水。

因此，无人机消防中心站要建设成抗火树种栽培基地，通过对加州主要森林树种进行野外调查采样，测定采集树木样本的含水量和热值，结合树种生物学特性、生态学特性筛选出适合加州地区的抗火树种。通过选种，培育抗火性很强、涵养水源能力强．叶片含水量高等特点的树种，提供给居民植树造林。另外，40个无人机消防中心站都要成立一支自己的专业植树造林队，按规划在荒山秃岭上植树造林，播撒抗火树种及栽种抗火树苗，绿化荒山，改善加州生态环境。特别是当专业放牧队的山羊清理出一块荒地后，植树造林队要及时跟进，在荒地上栽种一片抗火树苗，让抗火树林的绿色逐渐覆盖加州大地。

无人机消防中心站的人员安排

无人机消防中心站的人员分为两部分，其中负责主业工作的4名消防员一般不参与副业工作，但可携带家属，他们常年累月地驻守在无人机消防中心站，只负责发现和及时扑灭野火苗头，与森林消防安全、植树造林等直接相关的主业工作，以及包括下属24家无人机消防站的管理工作。因此，每个无人机消防中心站需至少建设4套家属宿舍，供4位消防员及其家属居住。

无人机消防中心站的副业与主业需被明确区分开。副业是无人机消防中心站的附带任务，虽然是很重要的工作，意义重大，但在秋冬野火频发季节，它要让位于主业，通常要关闭一段时间。另外，副业一般都是大型工程项目或经营项目，首先要有项目规划书，在项目规划书获得政府部门审批后，还需要经过招投标确定其承包企业，因此副业工作人员由承包企业负责安排，其工作任务和生活设施都不归无人机消防中心站管理，由上一级单位无人机消防管理指挥中心管理，该中心于副业承包企业签订承包合同，类似于租房协议中业主与租户之间的关系。

无人机消防中心站主业所需设备

无人机消防中心站主业所需设备有以下几种，不包括副业涉及的设备。

（1）奥斯本野火测量罗盘

（2）无人机消防车

每个无人机消防中心站要配备3辆无人机消防车及其他一些必备消防灭火设备和原材料，一辆C型无人机消防车装载4架小型消防电动多旋翼无人机，两辆A型无人机消防车，每辆车装载1架中型消防旋翼无人机，总共2架；

（3）星链通信网络系统

（4）消防无人机中修所必备的维修工具和设备

（5）消防器材，灭火干粉，灭火弹等消防用原材料

（6）无人机消防中心站建设需考虑方便中型消防旋翼无人机使用吊桶取水的需求

有条件的地方可以利用附近天然河流、湖泊作为消防无人机的取水点。在缺水地区，如果无人机消防中心站附近无合适的天然取水点，就要专门建造一个大型蓄水池，供中型消防旋翼无人机取水使用。由于无人机消防中心站所处的地理位置不同，建造一个大型的蓄水池所需的费用差别很大，因此在此方案中未将其建设费用列入其中。

无人机消防中心站的主业建设费用估算

（1）野火观察站建筑费用15万美元；

（2）4套家属宿舍建筑费用合计80万美元；

（3）奥斯本野火测量罗盘1台，费用1万美元；

（4）无人机消防车3辆，每辆25万美元，费用合计25×3=75万美元；

（5）小型消防多旋翼无人机4架，每架40万美元，费用合计40×4=160万美元；

（6）中型消防旋翼无人机2架，每架50万美元，费用合计50×2=100万美元；

（7）维修工具和设备，费用10万美元；

（8）消防器材，灭火干粉，灭火弹等，费用15万美元；

（9）不可预知费用15万美元；

每个无人机消防中心站建设总费用预计471万美元。

40个无人机消防中心站建设总费用预计18840万美元。

无人机消防管理指挥中心建立

无人机消防管理指挥中心的目的

由加州无人机消防组织架构体系可知，南加州和北加州分别建立一个无人机消防管理指挥中心，作为消除野火灾害，保卫加州安全任务的“大脑”，2个无人机消防管理指挥中心负责管理指挥各自下属的20个无人机消防中心站和480个无人机消防站，以及承担消防无人机的大修任务。

无人机消防管理指挥中心的协调指挥大厅安装有大尺寸显示屏幕和数十台小尺寸显示器详见图3，可以实时显示下属各个无人机消防中心站及无人机消防站的活动情况，包括野火起火点冒出的烟雾、野火蔓延燃烧及消防无人机扑灭野火的现场图像、视频等。

图3 无人机消防管理指挥中心的显示屏幕。

无人机消防管理指挥中心的主要职责

在加州南北两个区域分别建立两个无人机消防管理指挥中心，在加州消防局领导下，负责各自区域森林防火监督和管理工作，承担各自区域森林消防管理指挥机构的日常工作。

主要职责是负责下属无人机消防中心站及消防站的日常管理工作、区域森林防火工作和森林灭火工作，以及协调有关部门解决森林防火中的问题。除负责指挥管理下属各个无人机消防中心站及无人机消防站外，无人机消防管理指挥中心还要采用可装载2t及以上的水或灭火剂的大型消防无人机，直接参与较大野火扑灭行动。

野火无线远程视频监控系统

无人机消防管理指挥中心的设备主要野火无线远程视频监控和计算机监管分析两大系统。其中野火无线远程视频监控系统的硬件设备主要由应用服务器、客户端、存储设备、解码设备、网络交换机、防火墙、大屏显示器等设备组成。为保障前端系统的监控质量，系统需具备完善的机房基础保障和先进的网络设备、丰富的网络带宽和光纤资源；为保障平台稳定运行，系统网络采取双网配置，所有设备都冗余配置在两个不同网络中，如图4所示。

（1）服务器

主站系统的服务器可以分布式部署、独立运行，各服务器可以支持应用冗余方式进行配置和在线扩充，具备彼此间应用服务器接管能力。主要服务器包括中心管理服务器、流媒体服务器、级联服务器、存储管理服务器等。其他软件模块可安装在这些服务器实现功能。

服务器统一采用PC服务器；服务器应具备多CPU系统、高带宽系统总线、I/O总线，具有高速运算和联机事务处理（OLTP）能力，具备集群技术和系统容错能力；服务器应支持双路独立电源输入，采用机架式安装。

1）管理服务器

管理服务器是野火无线远程视频监控系统的核心单元，应实现前端设备、后端设备、各单元的信令转发及控制处理，报警信息接受和处理，以及业务支撑信息管理，同时也需要提供用户认证、授权业务以及提供网络设备管理的应用支持，包括配置管理、安全管理、计费管理、故障管理、性能管理等；

2）流媒体服务器

流媒体服务器是无人机消防管理指挥中心计算机网络主站的媒体处理单元，实现客户端对音视频的请求、接受、分发。流媒体服务器仅接受本域管理服务器的管辖，在管理服务器的控制下为用户或其他域提供服务；

流媒体服务器可实现集群部署，可实现分布式部署，即可向前端或其他流媒体服务器发起会话请求，也可以接受客户端设备或其他流媒体服务器的会话请求。流媒体服务器能接受并缓存媒体流，进行媒体流分发，将一路音视频流复制成多路。

3）级联服务器

级联服务器主要用于平台与平台之间的互联互通，它将本平台需要向其他平台传输的信令、音视频流转换成标准协议，发往其他平台的通信服务器，同时将收到的采用标准协议的信令、音视频流，转换成本平台所能解析的协议语言，送往其他服务器进行分析操作，由此实现平台与平台之间的互联互通；

4）存储服务器

存储服务器是网络存储的管理者，集中配置以海量存储方式实现录像计划，并按计划执行录像任务。存储管理服务器通过虚拟存储管理技术，支持DAS、NAS、IP-SAN各种存储设备；支持集中存储管理模式，也支持站端控制主机分布式存储方式；支持PB级海量音视频数据存储、快速检索；支持灵活的备份策略；支持数据自动修复技术，数据补录，支持报警集中存储和重要事件集中备份管理。

（2）客户端

1）配置客户端

负责平台内部的大屏幕配置、权限管理、录像管理、告警管理、安全管理、电子地图管理、模拟量数据管理、数据库管理、系统管理及系统前端摄像机、灯光等系统进行配置管理；

2）监控客户端

监控客户端负责对前端摄像机视频和录像信息进行查看，并负责电子地图管理，模拟量数据实时曲线浏览和历史数据检阅，以及获取和控制摄像机、灯光等系统信息。

（3）存储设备

野火无线远程视频监控系统数据需通过数据库进行管理，采用基于IP以太网络的SAN存储架构，存储方式灵活，实现存储网络与应用网络无缝连接，并提供优良的远程数据复制和容灾特性，易于扩展，当需要增加存储空间时，只需增加存储设备即可完全满足。

（4）防火墙

防火墙是一种计算机硬件和软件的结合，使内部网和外部网之间、专用网与公共网之间建立起一个安全网关（Security Gateway），从而保护内部网或专用网，使其免受非法用户的侵入，防火墙主要由服务访问规则、验证工具、包过滤和应用网关4部分组成。

（5）软件架构

软件基础框架采用面向服务的SOA软件架构。以松散耦合的方式公开业务服务，更易于集成和管理复杂性、更快地整合现有系统；通过良好的分层结构，统一的接口服务，可以有效减少服务督察平台的复杂度。软件架构层次如图5所示，主要分为以下几个层级。

图5 野火无线远程视频监控系统软件架构层级图。

1.基础开发平台

基础开发平台对操作系统、数据库、安全加密、多媒体协议进行封装，屏蔽差异，实现上层应用平台的无关性，提高开发效率和系统兼容性；

2）平台服务

平台服务层提供中心管理、认证授权、校时服务、流媒体服务、存储服务、网络管理、报警管理等通用服务外，并提供电信级系统必须具备的负载均衡、双机热备等服务；

3）业务逻辑子系统

通过常用业务的归纳、封装，这层系统提供视频、报警、智能、对讲、电子地图等监控安防业务，方便应用层调用；

4）应用系统

基于WEB技术的B/S客户端，最大程度满足不同场合下的需要。

（未完待续）