无人机在森林防火领域的应用及未来发展

魏爱萍，赵福龙

（1.山西省森林草原防火技术服务中心，山西 太原 030000；2.太原市东西山林区管护中心，山西 太原 030000）

随着我国森林面积的不断扩大，受气候和社会发展等因素的影响，森林防火形势越来越严峻。通过引进无人机技术，提高了防火工作实效，有利于降低火灾发生概率、加快火灾巡视及处理效率等。

1 无人机技术概述

1.1 无人机概念

无人机是指无人驾驶飞机，是基于无线电遥控设备以及自身搭载的程序控制装置等，可实现不载人飞行。相比于载人飞机，具有体积小、质量轻、起飞条件限制小、成本低、能耗低等优势，能够在无人驾驶的条件下，完成各种复杂的空中飞行任务以及负载任务等。现阶段比较常用的无人机类型有无人直升机、多旋翼无人机、固定翼无人机等[1]。

1.2 在森林防火领域应用的无人机技术

在森林防火领域内中主要应用的无人机技术有遥感技术以及烟雾识别系统。其中无人机要遥感技术是利用目前比较先进的无人驾驶飞行器技术、遥测遥控以及传感器技术、通信、定位技术等，在森林范围内法开展自动化、智能化和专用化的信息采集，准确获取该区域的自然环境、森林火情等空间遥感信息，能够为消防预警、现场侦测、灾情处置等提供精确的指导和决策依据。

而无人机烟雾识别系统是基于遥感图像，对火焰和烟雾进行监测的新型技术手段。尤其是在夜间、暴雨、高温、台风以及泥石流、极端地理环境下，采用传统的森林防火监控方式具有较大的难度，无法及时发现火灾隐患。而利用无人机搭载高清摄像机、红外成像设备，并结合烟雾识别模块，有利于及时发现火灾情况，指导消防人员采取针对性处理措施，避免火情发展[3]。

2 无人机在森林防火领域内的具体应用

2.1 日常巡视

对于无人机在森林防火领域内的应用，主要体现在日常巡视方面，其是利用GPS 技术、遥感技术、无线通讯技术以及地理信息系统等，将无人机在林区内进行精准定位，以便于在较短的时间内掌握林区实际情况。通过机载控制系统和地面系统的协调配合，将所采集的数据信息传输到工作平台中，通过处理分析后，能够比较全面、准确、及时地发现火灾隐患，为防火工作的开展提供方向，进而提升林区的安全性。在应用过程中，与传统的人工定期巡视相比较，无人机技术能够减轻巡视巡查人员的工作量，并针对地形复杂、险峻的区域进行有效巡视和监测，提高防火效率和质量。通常情况下，对特定林区内只需安排2 名工作人员，就可完成对整个林区的日常防火巡视工作，极大地提高了防火工作的实效性[4]。

2.2 实时监控火情

首先，采用具有飞行速度快、飞行距离长的固定翼无人机，搭载高分辨率可见光和红外摄像机，能够按照预先设定的飞行航线对森林区域进行空中巡查。当发现火灾后，即可利用其搭载设备进行识别，再传输到地面控制站。工作人员可通过地面系统显示的三维图像，及时了解火灾发展情况，为消防人员开展灭火作业提供指导。同时基于无人机拍摄的火灾影像，可精准定位火场位置、估算火场面积，并预测火情发展形势，有利于第一时间发现火灾、发出预警、全天报告火情信息，尽可能降低人员伤亡和财产损失。在实践过程中，当发现可疑区域，可通过遥感控制改变无人机的飞行轨迹及状态，对目标区域开展详细的侦查监控。

其次，对已经出现的火情，可利用多旋翼无人机搭载红外探测器，在地面火场高度500 m左右进行悬停监控，在较短的时间内获取火情信息，为现场指挥部提供决策依据，完善灭火方案的制定和实施。根据火场情况，为消防队伍规划最合理的行进路线，准确、快速达到火灾位置。另外，在无人机系统中搭载风向、风速仪等监测设备，比较全面地采集火灾燃烧程度、预测火情发展方向，有利于为消防人员提供过火范围、蔓延趋势等关键信息。无人机在森林火灾的处置方面具有良好的应用效果，通过其采集和传输稳定的特性，可近距离监控火情，在火灾扑灭行动中发挥较为重要的作用[5]。

2.3 远程指挥和通信

当前在部分林区内，存在地理环境复杂的情况，比如在山西某些地区的森林林区，其山高林密，极容易出现信号堵塞等问题，不利于森林防火工作的有效开展。而应用具备中继通讯设备的无人机，则可充分保障通讯线路的畅通性，可快速建立覆盖辖区的通信系统和指挥系统，在一定程度上可顺畅获取火情信息，为指挥员下达科学的消防指令具有重要价值。能够保障在特殊环境下，有效监控火情，并与指挥平台相对接，更好地协调消防灭火作业。不过在目前应用中，无人机的负载能力有限，对轻小型远距离图像传输以及数据传输、语音中继设备等尚未形成完善的技术体系，其集成效果有待进一步提升。但在5G技术不断发展的形式下，无人机的远程指挥和通信有较大的发展前景，在不久的将来，能够实现无人机实施操作以及高清数据回传，强化数据资源处理能力，为森林防火监测以及火灾扑救奠定良好的技术基础。

2.4 辅助应急救援

在森林防火领域，应用无人机可辅助应急救援工作的开展。即是在无人机上集成航拍测绘模块，对发生火灾的区域进行地形应急测绘，有利于为火灾扑救和应急救援提供技术支持。同时，还可在无人机上搭载语音、扩音等功能模块，用于传达指令、预警灾害信息等，能够在相对复杂的环境中实现空中呼叫及传达指挥命令，当火灾出现失控时，可及时通知消防人员撤离危险区域，为其提供紧急疏散路径。另外，应用无人机也协助抛绳、携带呼吸器等关键设备，为消防人员提供救生通道。除此之外，在应急救援工作中，无人机能够提高森林航空消防直接灭火能力，比如在空中进行洒水、灭火剂等。结合实践也可利用无人机发射灭火弹、増雨焰条，进行人工增雨，有效控制火情发展。

3 无人机在森林防火领域应用的发展趋势

在无人机的运用过程中存在一定的缺陷，比如无人机升降稳定性不足、抗风性能有待加强、续航时间较短、精度存在限制等问题。相关技术人员需要以此为切入点，探究森林防火专用化无人机的发展路径，提高森林防火安全性。

3.1 高效化

无人机在森林防火中的运用将会侧重高效化发展，即是提升获取数据信息的能力，完善相应的采集功能，架起无人机的巡视巡查效率，精确识别和定位火灾隐患区域，及时采取有效的处置措施，避免引发严重火灾，造成森林资源损失。

3.2 精确化

在未来将会注重建设无人机指挥系统，提高对火情的快速分析和判断能力，尽可能地减少无价值信息的传输，保障无人机采集到的数据资源具有较高的利用率。

3.3 统一化

无人机在森林防火中的应用需进一步加强其集成性和统一化，实现监督与管理功能模块一体化，实现无人机系统的全面整合，充分发挥其在日常巡视、火情监控以及应急救援、指挥通讯等方面的作用，强化工作效果。

4 结语

综上所述，无人机在我国森林防火领域内具有较好的应用成效，有效地解决了工作人员数量不足、工作压力大等问题，更好地适应了森林规模扩大、防火工作能力提升的发展现状。通过在日常巡视、实时监控火情、远程指挥和通信、辅助应急救援等方面运用无人机，能够发挥关键性作用，提高防火工作能力。