无人机在森林防火中的应用及发展

刘全生

甘肃祁连山国家级自然保护区管护中心隆畅河自然保护站，甘肃 张掖 734400

0 引言

森林资源属于宝贵的自然资源，既可以为人类的生存与发展提供资源支撑，又是生态环境的重要组成部分。然而，随着全球变暖加剧，各地区气候变化异常，导致森林火灾频发。2018年火灾统计数据显示，全球火灾发生频次在20万次以上，火灾摧毁的森林面积占森林总面积的3%左右。而我国年平均发生森林火灾的频次超过1万起，火灾摧毁的森林面积占全国森林资源总面积的6%左右［1］。森林火灾轻则影响森林生态系统的安全性，重则危及周边民众及林内工作人员的生命财产安全。因此，做好森林防火工作刻不容缓。近年来，随着科学技术的发展，无人机作为一种新型的智能化装备逐渐在森林防灭火工作中崭露头角，且在提升防火灭火救援效率、保障森林资源安全等方面发挥着重要作用［2］。

1 无人机概述

1.1 概念

无人机全称为无人驾驶飞机，其借助自身搭载的程序控制装置与无线电遥控设备实现不载人飞行［3］。与载人飞机相比，无人机具有质量轻、体积小、成本与能耗低、起飞条件限制较少等特点，可以在无人驾驶的前提条件下高效完成空中侦查、监视等多项任务。通常情况下，无人机包括无人直升机、固定翼无人机、多旋翼无人机等多种类型。

1.2 应用优势

无人机作为一种新型且智能化水平较高的机器装备，在森林防火中具有突出的应用优势，主要体现在以下几点［4］。

1.2.1 巡查范围广，且精度高、视距广。无人机单次起降的巡查覆盖范围在20～80 km2，巡查航线偏移在5m以下，高度偏移在10m以下，且其视距观测范围广（能达到15～60 km）。

1.2.2 反应速度快，且应急机动性较强。无人机自开始执行任务到任务结束仅需5m in。无人机不仅可以按照固定的航线严格执行巡查任务，还根据工作人员临时飞行航线高效完成巡查任务。

1.2.3 巡查图像清晰度高。无人机携带摄像设备的清晰度为720～1 080 P，可借助模拟与数字图像传输设备，将高清晰度的图像回传至地面，并实时对高清的视频资料进行记录与录制。

1.2.4 及时反馈险情，辅助抢险救灾指挥决策。无人机能够精准定位火场位置，并第一时间将获取的火情信息传回控制中心，可经过高精度热成像反馈确定高温火点，为高效指挥扑火灭火及避免火势蔓延提供一定的参考。

1.2.5 人机分离，安全性较高。与有人驾驶飞机相比，无人机可以实现人机分离，降低了飞行员的安全风险。即便因极端天气引发飞行事故，无人机也不会危及人员安全，且由于其质量较轻，对地面造成的二次危害也相对较小。

1.2.6 造价低，易于维护。与有人驾驶飞机相比，无人机造价较低，其生产成本仅占有人驾驶飞机生产成本的5%～15%，飞行成本仅占有人驾驶飞机飞行成本的1%～5%。另外，无人机使用的零部件更加标准、规范，且易于维护，只需定期对其进行更换就可以满足安全飞行的高标准要求。

2 无人机在森林防火中的具体应用场景

无人机在森林防火领域具有巨大的应用潜力，功能强大，用途广泛。

2.1 日常巡视

应用无人机对林区开展日常巡视是森林防火的一项基础工作。以往传统的人工地面巡视存在工作量大、信息传递不畅通、某些区域无法到达、耗时长等弊端。而无人机具有使用方便、灵活性强、工作效率高等特点，借助无人机开展森林日常巡视工作可以有效弥补人工地面巡视存在的不足，提高巡视工作效率。工作人员在利用无人机开展日常巡视时，往往会将其与全球定位系统（Global Positioning System，GPS）、遥感（Remote Sensing，RS）技 术、地 理 信 息 系 统（Geo‐graphic Information Systems，GIS）、无线通信技术、红外摄像技术等相结合。无人机可搭载清晰度较高的摄像设备，能将拍摄的影像及获取的相关数据信息实时传输至防火指挥中心，能直观展现林区实际状况，在最短时间内监测林区的各种状况，高效完成各项巡视任务。与以往传统的人工巡视相比，无人机的应用不仅能明显减少巡检工作人员的工作量，还能提升火灾监测与管理效率［5］。即便巡检林区地形复杂、地势险峻，无人机依然能够精准巡视，保障防火巡检的效率与质量。

2.2 实时监控火情

在森林防火工作中，工作人员可利用无人机搭载高分辨率可见光与红外摄像机，依据事先设定好的飞行航线针对林区开展空中巡查。一旦发现森林火灾，无人机能够使用其自身搭载设备准确识别火灾信息，并第一时间将获取的信息传输至地面控制站，为后续的防灭火工作部署提供科学、有效的信息参考。工作人员通过地面系统呈现的三维图像，实时掌握森林火灾的发展状况，及时部署、指导防灭火工作。另外，无人机能够第一时间拍摄高清的火灾现场影像，并据此精准确定火场位置，科学估算火场面积，以便工作人员第一时间发布火灾预警信息，及时采取有效措施进行科学防御，从而最大限度减少火势蔓延，尽可能减少火灾造成的影响及损失。在具体工作过程中，工作人员一旦发现可疑区域，必须及时通过遥感控制转变无人机的飞行轨迹，以仔细侦查可疑林区的实际情况，从而确保林区安全。

若林区已经出现火情，工作人员可借助无人机搭载的红外探测器在火场上方500m左右的高度进行悬停监控，能在短时间内精准获取火情信息，从而为现场灭火工作的指挥与调度提供一定的参考，提升灭火方案的有效性与针对性。森林火灾发展速度通常较快，尤其在风力较大时会快速蔓延，再加上风向等因素的影响，火势往往瞬息万变，救援难度较大。此时，无人机搭载风向、风速仪等设备，既可以全面采集火场信息，又能对火势发展趋势进行科学预测，为救援人员科学、合理地规避风险提供一定的指导，从而提升灭火工作效率与质量，保障救援人员的安全［6］。

2.3 远程指挥与通信

我国森林分布广泛，且大多数林区地理环境复杂、交通不便，加之山高林密，极易由于通信信号中断、反馈迟滞等导致森林防火工作无法高效开展。利用无人机搭载中继通信设备可以有效解决上述问题，不仅可以确保信息传输畅通无阻，还能构建覆盖全林区的通信与指挥系统，以保障消防命令上传下达的及时性、有效性。在特殊环境下，无人机依然可以实现远程指挥，与指挥平台进行信息对接，协助有序开展消防灭火工作。当前，随着5G时代的到来，无人机的远程指挥与通信保障能力显著提升，基本能够实现高清数据、资源的短时处理与回传，大大提高了森林防火水平。

2.4 辅助应急救援

辅助应急救援也是无人机在森林防火中的重要应用之一。随着科学技术的发展，无人机新增了航拍测绘模块。无人机在空中航拍时借助这一模块即可绘制火灾区域的地形图，为地面灭火救援工作提供强有力的支持。另外，无人机搭载有语音模块，可及时向地面救援队伍提供火灾信息，并传达指令。特别是在火灾无法控制时，能及时通知救援工作队伍远离危险点、第一时间撤离危险区域。如果有必要，无人机还能提供紧急疏散路径，确保救援人员的生命健康安全。除此之外，部分无人机还具有负重功能，能够在火灾救援工作中携带灭火设备、辅助抛绳，甚至能直接通过空中撒灭火剂、洒水等方式快速灭火，保障林区安全性［7］。

2.5 灾后调查评估

当前，大多数林区在森林火灾发生之后都会使用无人机进行空中拍摄，掌握火势扑灭情况，明确火灾边界与受灾林分的边界位置，并据此对森林火灾受损程度进行判断。工作人员利用无人机搭载的全球定位系统与林业地理信息系统采集的相关信息，可精准计算出火灾受损面积、森林资源受损程度等，从而提升森林火灾事故评估的专业性［8］。

3 推进无人机在森林防火领域中应用的对策

3.1 强化无人机的宣传与推广应用工作

为充分发挥无人机在森林防火领域的多项功能与作用，相关部门应当切实做好无人机的宣传与推广应用工作。林业部门应当大力宣传无人机的重要作用，森林火灾的重要危害及无人机在森林防火中的应用优势，以引导工作人员自觉使用无人机。相关管理工作人员应定期组织工作人员参加无人机的技术指导与培训活动，以确保无人机的规范、高效运用［9］。林业部门要设置无人机森林防火试点，定期组织实践演练，提升工作人员无人机操作技能，确保发生火灾时其能够沉着应对，进而提升无人机在森林防火工作中的应用效果。

3.2 完善无人机管理制度

科学、完善的管理制度是提升无人机应用实效的一项重要保证。一方面，林业部门应当制订明确的无人机使用技术准则、日常应用细则等，确保工作人员能规范使用无人机，尽量减少不规范应用对无人机造成的损坏。另一方面，林业部门要针对火灾发生之后无人机的操作与使用制定完善的管理制度。例如，一旦发生森林火灾，工作人员必须第一时间做好空域申请、无人机布点等工作，并严格按照命令开展火情监控、信息处理与传回等各项救援工作，严禁无人机在脱离地面救援队伍的条件下独立开展作业［10］。

3.3 做好人才培养工作

人才是高效开展各项工作的一项基础重要条件。因此，要想提升无人机应用效果，做好人才培养工作至关重要。林业部门应当积极引进精通无人机结构工作原理及操作技能等知识的人才，定期组织无人机操作人员参加相应的理论知识与技能培训活动，培训内容包括无人机的构造、使用规范与标准、维护要点等。这既有利于无人机操作人员巩固基础知识，又能够提升其专业技能水平。另外，林业部门要不定期组织开展无人机应用于森林防火的应急演练，以提升工作人员应急处置能力。

4 结语

现如今，火灾已经演变成威胁森林资源安全性的“头号杀手”。因此，积极引进先进的技术手段和装备，做好森林防火工作刻不容缓。无人机在日常巡视、实时监控火情、远程指挥与通信、辅助应急救援、灾后调查评估等森林防火领域的应用，不仅有效解决了林业工作人员不足、工作量大等问题，还显著提升了森林防火工作效率与质量，有效保障了森林资源安全［11］。今后，相关部门要持续做好无人机的宣传与推广应用工作，同时要积极完善相关管理制度，做好人才培养工作，使无人机在森林防火工作中发挥出更多的作用与功能，并创造出更大的价值。