无人机在森林防火中的应用表现及策略

肖海林

（广东省天井山林场，广东 乳源 512726）

0 引言

森林资源是宝贵的自然资源，不仅为人类生存与发展提供资源支持，还是生态环境的重要组成部分。然而，近年来森林火灾问题突出，防控形势严峻。2018 年全国消防日国家发布的火灾数据显示，世界年火灾发生次数超过20 万次，火灾烧毁的森林面积在森林总面积中的占比约为3%。具体到我国，平均每年发生1 万多起森林火灾，在全国森林面积中约占5%～8%。因此，加强森林防火并加大技术投入尤为必要。无人机因体积小、易携带、飞行稳定、云台承载灵活等优势，在森林防火管理中发挥了重要作用。利用无人机融合大数据分析技术、人工智能技术等，可以建构完善的森林资源防火管护网络体系，更好地保障森林资源的安全。

1 无人机应用于森林防火的背景

传统森林防火主要是采用地面巡逻、塔观测、卫星遥感及飞机巡逻等方法。但就当前的森林防火管理形势来看，传统的森林防火方法应用局限较为明显。其中，地面巡逻需要依靠地面人工巡逻探测森林火灾，整个过程耗时耗力，效率较低。采用塔观测，需要森林防护工作人员在塔上眺望，了解森林火灾发生情况，观测范围相对有限，容易出现误判情况。而若使用卫星遥感技术进行森林防火监测，因其主要根据地球卫星遥感图像分析森林防火数据特点，而卫星遥感图像尺度偏宏观，往往无法准确、及时地明确森林火灾点，容易错过火灾扑灭的关键时间点，且该方法成本投入较高，所以推广制约较大。飞机巡逻防火方法主要是使用直升机进行飞行侦查，因费用高昂而无法落实到日常森林防火管理中。

近几年，无人机技术发展迅速，呈现低成本研发、多功能扩展的倾向，将其用于森林防火管理具有现实必要性。利用无人机技术能精准、直观、全面地分析森林数据，通过任务规划功能做到全面巡检。无人机载荷侦察覆盖面积大、侦察图像质量高、航行时间长，也有利于减少巡检中的人工消耗和成本开支。随着无人机功能的扩展，无人机机舱内可搭载多种设施，执行更为复杂的防火监测管理任务，做到全天候火情监测、火场态势实时监控及偏远距离的中继通信，真正做到森林火灾管理中防与控的结合。

2 无人机在森林防火中的具体应用表现

2.1 日常巡视

将无人机应用于森林防火管理，可实现日常巡视简便化、高质化。用无人机配合GPS 技术、遥感技术、无线通信技术、地理信息系统等，可实现森林防火巡检路线的科学规划，按照既定的路线依次巡检，实时反馈林区的实际情况。无人机的机载控制系统与地面系统协调配合，能将巡检过程中采集的数据及时传输到后端工作台，经过处理分析后以更为直观的方式准确反馈森林火灾动态，及时识别火灾隐患，进行预警提示，为防火工作开展提供精准导向，进一步保障林区资源的安全。此外，将无人机应用于森林防火日常巡视，能大大减轻巡检人员的工作量；即便在地形复杂、地势险峻的山区，也能做到高效精准巡视，不受地形、气候等客观因素的限制，保证防火巡检质量。

2.2 火情监测

可利用无人机搭载高分辨率可见红光和红外摄像机，按照预先设定的飞行路线对林区进行依次巡检；当发现火灾隐患后，无人机可借助自身搭载设备进行火灾信息的识别，及时传输到地面控制站。工作人员借助地面系统呈现的三维图像，实时了解火灾发展情况，为接下来的灭火部署提供信息参考。无人机可及时拍摄火灾影像，指导火场位置的精准定位，支持火场面积的科学估算，有助于工作人员在发现火灾的第一时间做到科学预警，快速出击，直击重点，最大限度地控制火灾蔓延，减少人员伤亡及财产损失。对于已经探明的森林火灾，可借助无人机及搭载的红外探测器于距离火场高度500 m 左右的位置悬停监控，以精准地获取火情信息，提升灭火方案的针对性和有效性。此外，因森林火灾发展速度快，特别是在较大风力的作用下会大范围蔓延，且往往受不可控因素的影响增加救援难度，容易对火灾扑救人员造成安全威胁。此时，可借助无人机及风向风速仪等辅助设备全面采集火场信息，科学预测火势发展方向，指导救援人员合理规避施救风险。

2.3 远程指挥及通信

我国林区分布广，不少林区分布在偏远山区，交通不便、山高林密，不仅影响火灾巡检，也容易因通信信号中断或反馈迟滞，影响森林防火工作的有效开展。利用搭载中继通信设备的无人机可有效解决上述问题，保证信息传输通畅，建构覆盖全林区的通信网络，上传下达执行消防命令。即便在特殊环境下，无人机也能保持与指挥平台的信息对接，保证消防灭火工作有序展开。但现阶段无人机整体负荷能力较弱，缺乏完善的远距离图像传输及数据传输、语音中继设备技术体系，信息集成效果不理想，影响无人机的远程指挥和通信功能发挥。随着5G 技术的创新发展，其增强了无人机远程指挥和通信保障能力，基本能做到无人机高清数据的短时回传，实现数据资源的短时处理。

2.4 辅助应急救援

无人机在森林防火中的应用也体现在辅助应急救援功能的发挥。利用无人机上的基层航拍测绘模块，能做到火灾区域地形图的应急测绘，为火灾扑救、应急救援提供支持。无人机因搭载语音、扩音等功能模块，可实现指令传达、预警信息发布等，一旦出现火灾失控情况，可通知救援人员避开危险点，撤离危险区域，甚至可以提供紧急疏散路径。在应急救援工作开展中，利用无人机有助于提高森林航空消防灭火能力，而这也是无人机辅助应急救援的核心价值所在。利用无人机能通过空中洒水、撒灭火剂等达到快速灭火的目的。随着无人机技术研发的深入，不少无人机可发射灭火弹、增雨焰条等，对于火情控制有重大辅助作用。

3 无人机在森林防火管理中的应用策略

3.1 做好无人机的宣传推广

鉴于无人机在森林防火管理中的多重优势，相关部门应做好无人机应用推广工作。鉴于森林火灾对生态环境具有较大威胁，且森林防火形势严峻，要利用无人机机动迅速、使用成本低、维护保养方便等特点，带来森林防火管理的新变革，开启森林防火智能管理的新征程。特别是将无人机应用于野外林区，可通过发挥防火监控、火灾点精准定位、火场步兵调度等优势，做到野外林区火灾险情的预警与紧急处理。

在推广普及中，森林资源主管部门要发挥带头作用，引入无人机设备并加强技术应用指导，做好无人机使用宣讲工作，让森林防火管理人员重视无人机，自觉使用无人机。在无人机使用技术指导中，重点是让防火管理人员根据防火管理诉求合理选择无人机类型或合理选择无人机所搭载的设备。无人机通常有固定翼无人机与多旋翼无人机之分。两种无人机适用于不同的防火管理情形。其中，固定翼无人机飞行速度快、抗风性能好、载荷能力强，支持远距离、大范围巡检，但是不能实现定点悬停。而多旋翼无人机有效载荷较大，可实现定点悬停，但续航能力弱，飞行距离短，并不适合大范围的巡检，在失速后容易发生坠机事故。因此，可以将固定翼无人机应用于大型林区火灾监测，而将多旋翼无人机应用于林火疑点区域侦察。

3.2 建立完善的管理系统

为了使无人机在森林防火管理中的应用取得实效，除了要有先进的设备、优秀的人员队伍外，更要有完善的管理机制，实现人、财、物资源的优化配置，实现无人机作业的统筹管控，以各要素的有效融合，避免防火工作混乱无序，更好地保障无人机应用效果。相关单位应根据森林防火管理需要，制定科学的无人机使用管理制度作为无人机应用的具体准则。在制定管理制度时要细化条款内容，保证管理制度具有实用性。在制度制定中也要充分听取无人机相关操作人员的意见，并根据无人机的技术研发情况进行内容的适时调整，保证管理制度服务于无人机使用。

3.3 重视无人机技术研发

相关部门应将无人机技术研发作为常态化工作来抓，使无人机更好地满足森林防火管理需要，适应森林防火管理形势。在无人机技术研发中，应侧重功能的扩展、系统的优化、操作的人性化提升等。在技术研发中，分硬件系统研发与软件系统研发两部分。在硬件系统研发方面，主要是进行无人机材质的优化。无人机主材质为塑料，但火灾发生后灾情区域温度升高，空气密度下降，热气上升，导致塑料材质的无人机在高温状态下变形，继而影响内部电子元件，影响无人机使用的可靠性。进行无人机硬件系统研发时，应进行硬件设备的改造，如对监测探头、机身信号收发装置等进行改进，选择新型抗高温不易发生形变的材料，使无人机在恶劣环境下也能正常发挥作用。软件系统是无人机的核心构成部分，这是因为在对森林进行火情检查时需要以数据为支撑，并及时将数据计算结果传输给地面接收站。若无人机软件系统出现故障，不仅无法做到信息的有效回传，也容易导致其运行失控。软件系统研发时要关注防火需求，避免软件系统与实际防火作业任务产生冲突。软件研发后要进行阶段性的试验、测试，探明系统漏洞并及时修复，以增强软件系统稳定性。只有做好无人机硬件系统与软件系统的研发工作，才能保证其功能发挥的稳定性、有效性，真正为森林防火提供有效 支持。

3.4 加强无人机应用专业人才队伍建设

无人机作为森林防火管理的有力助手，其实效的发挥也受操作人员能力素养、工作态度影响。因此，应组建专门的无人机管理小组，让无人机真正发挥防火灭火功效。政府相关部门应加强无人机应用专业人才队伍建设，将队伍建设落地于具体的人员培训、制度建设等，为森林防火、气象监测、资源监测等提供保障。在无人机应用专业人才团队组建中，不仅要确保人员数量达标，而且要确保人员能力与素质过硬，能做到森林火灾预防全天候应急，遇到险情能第一时间启动无人机进行防火作业。要提升无人机应用专业小组成员的专业能力，使其掌握无人机应用原理，学习无人机的使用技巧，实现对着火部位的精准定位，做到对图片信息材料的科学分析和无人机预设轨道、系统参数的调整。此外，要加强对小组成员的责任心教育，以奖惩机制和绩效考核提升小组成员危机意识、责任感，从而有效利用无人机开展森林防火管理工作。

4 结语

将无人机应用于森林防火管理具有必要性与可行性，可以促进森林防火工作质量与效率的提升，推动现代林业建设。特别是将无人机应用于偏远林区，可及时了解火情，掌握林火态势，做出防火管理的有效部署。无人机辅助下的森林防火管理既快、全、细，让防火巡查变被动为主动，又有利于建构起森林防火智能化管理的新格局。