(甘肅交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州，730070)

1 研究背景

2 無(wú)人機(jī)直播應(yīng)用于森林防火巡檢的具體實(shí)施

無(wú)人機(jī)作為一種飛行器，可由飛控人員遠(yuǎn)程對(duì)其進(jìn)行操控航行。以無(wú)人機(jī)為平臺(tái)，其上可搭載一些設(shè)備和系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)區(qū)域遠(yuǎn)程偵察，將現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面和設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳到監(jiān)控中心，后臺(tái)通過(guò)客戶(hù)端即可查看實(shí)時(shí)視頻并與現(xiàn)場(chǎng)互動(dòng)并下達(dá)指示。無(wú)人機(jī)航拍直播等相關(guān)技術(shù)正是一種實(shí)現(xiàn)林業(yè)巡檢、森林監(jiān)測(cè)的新技術(shù)手段。應(yīng)用于森林巡檢的無(wú)人機(jī)直播平臺(tái)可選擇輕型無(wú)人機(jī)系列，考慮到森林防火巡查的特殊性，可在無(wú)人機(jī)上搭載高清變焦可見(jiàn)光相機(jī)系統(tǒng)、熱紅外攝像儀、數(shù)傳系統(tǒng)、高清圖傳系統(tǒng)等。通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載高清攝像頭、音頻模塊以及網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻和音頻數(shù)據(jù)的傳輸，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)圖傳系統(tǒng)將視頻、音頻數(shù)據(jù)傳回林業(yè)部門(mén)視頻監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)靈活的視頻監(jiān)控，從而提升巡檢等工作效率，保障人員的安全。

2016年3月20日發(fā)生于云南省澄江縣與昆明市陽(yáng)宗鎮(zhèn)交界的森林火災(zāi)使得呈貢區(qū)境內(nèi)有兩座山頭過(guò)火，蔓延至昆明市陽(yáng)宗海風(fēng)景名勝區(qū)。澄江縣地處三湖生態(tài)城市群、撫仙湖—星云湖生態(tài)建設(shè)與旅游改革發(fā)展綜合試驗(yàn)區(qū)，近年來(lái)對(duì)專(zhuān)業(yè)消防隊(duì)進(jìn)行規(guī)范建制、明確工作職責(zé)、加強(qiáng)隊(duì)伍培訓(xùn)演練的同時(shí)，也對(duì)森林防火巡檢手段進(jìn)行了提升，加強(qiáng)了設(shè)施設(shè)備的投入配置等。該縣森林防火部門(mén)于2018年底引入無(wú)人機(jī)直播技術(shù)進(jìn)行森林防火巡查，并制定出技術(shù)實(shí)施方案。該方案通過(guò)遙控器、軍工級(jí)智能地面站對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛行控制。通過(guò)高清圖像傳輸系統(tǒng)可將林區(qū)的監(jiān)控視頻實(shí)時(shí)傳回地面站、指揮中心，第一時(shí)間為指揮部門(mén)提供有效的現(xiàn)場(chǎng)信息。無(wú)人機(jī)直播案例實(shí)施過(guò)程分析如下。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)勘查

利用Google Earth影像圖對(duì)巡檢作業(yè)地點(diǎn)分區(qū)進(jìn)行模擬，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查（圖1）。

圖1 無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)地點(diǎn)分區(qū)模擬圖

2.2 規(guī)劃航線(xiàn)

對(duì)林區(qū)進(jìn)行區(qū)域任務(wù)劃分，并對(duì)劃分的區(qū)域進(jìn)行航線(xiàn)規(guī)劃，也可以提前完成規(guī)劃，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后直接導(dǎo)入無(wú)人機(jī)中進(jìn)行外業(yè)飛行。

2.3 外業(yè)飛行數(shù)據(jù)采集

結(jié)合地面站與飛控手的控制（圖2），無(wú)人機(jī)配備可見(jiàn)光任務(wù)載荷或高清圖傳系統(tǒng)可在距地面10到1000米飛行高度對(duì)地面火場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀(guān)察，在規(guī)劃的航線(xiàn)進(jìn)行航拍，采集林區(qū)態(tài)勢(shì)情報(bào)。

圖2 無(wú)人機(jī)外業(yè)飛行地面站

2.4 視頻實(shí)時(shí)回傳

無(wú)人機(jī)采集的視頻音頻信息，可接入林業(yè)監(jiān)控專(zhuān)網(wǎng)，與原有的監(jiān)控、指揮系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)查看、存儲(chǔ)和回放，具有圖像傳輸、數(shù)據(jù)交互、遠(yuǎn)程控制、網(wǎng)絡(luò)共享等功能，供各級(jí)指揮機(jī)關(guān)調(diào)用（圖3）。

圖3 無(wú)人機(jī)航拍視頻實(shí)時(shí)回傳至指揮中心

3 無(wú)人機(jī)直播應(yīng)用于森林防火巡檢的實(shí)施分析與評(píng)價(jià)

3.1 分析與評(píng)價(jià)

3.1.1 簡(jiǎn)捷便利

應(yīng)用無(wú)人機(jī)直播技術(shù)進(jìn)行森林防火巡檢相對(duì)于傳統(tǒng)人工巡檢、載人飛機(jī)航拍等工作模式，更好地體現(xiàn)出工作方便、設(shè)備操作靈活等特色，無(wú)人機(jī)直播航拍巡檢受空間影響較小，成本較低，飛行速度、方向可以變化，結(jié)合地面站設(shè)備與飛控手按規(guī)劃的航線(xiàn)進(jìn)行航拍，便可進(jìn)行林場(chǎng)情報(bào)數(shù)據(jù)的采集。在飛行速度要求較低的情況下，無(wú)人機(jī)飛控直播是森林防火巡檢的最佳選擇。

3.1.2 時(shí)效性高

鍍銀層具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和焊接性能，被廣泛應(yīng)用在高質(zhì)量傳感、精密機(jī)械、現(xiàn)代電子等領(lǐng)域。但鍍銀產(chǎn)品多數(shù)都采用含氰化物的工藝。雖然該工藝成熟穩(wěn)定，且鍍層品質(zhì)優(yōu)良，但是氰化物的毒性大，嚴(yán)重?fù)p害從業(yè)人員的健康，所以無(wú)氰鍍銀工藝的研究與推廣具有重要意義。

無(wú)人機(jī)直播巡檢所用輕型無(wú)人機(jī)系列體型小巧，可以隨時(shí)進(jìn)行飛控直播，無(wú)需特殊的準(zhǔn)備，硬件搭建和配置相對(duì)簡(jiǎn)單，短時(shí)間內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)直播拍攝，并隨拍隨傳，使指揮中心在第一時(shí)間獲得林區(qū)實(shí)時(shí)的視頻、音頻信息。利用無(wú)人機(jī)平臺(tái)、高清4G圖傳系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)測(cè)繪等技術(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了案例地區(qū)林場(chǎng)動(dòng)態(tài)高清音視頻的回傳。如若發(fā)現(xiàn)火情，能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)指揮部應(yīng)急指揮、高效應(yīng)急測(cè)繪等功能，能夠第一時(shí)間為地面消防部門(mén)提供火場(chǎng)地理坐標(biāo)（經(jīng)緯度）、火場(chǎng)邊界、火場(chǎng)面積甚至火場(chǎng)蔓延趨勢(shì)等火場(chǎng)態(tài)勢(shì)情報(bào)，從而使得森林防火隊(duì)合理調(diào)配人員，迅速到達(dá)火場(chǎng)進(jìn)行重點(diǎn)區(qū)域滅火工作，能夠在火場(chǎng)環(huán)境變化情況下及時(shí)根據(jù)圖像資料反饋于作業(yè)人員，并提供安全便捷撤離路徑保障消防人員撤離危險(xiǎn)地區(qū)。通過(guò)可見(jiàn)光任務(wù)載荷的無(wú)人機(jī)還可獲取森林火災(zāi)損毀評(píng)估的實(shí)時(shí)圖像，對(duì)過(guò)火地區(qū)的空中觀(guān)測(cè)能夠獲取重點(diǎn)區(qū)域更詳細(xì)的圖像數(shù)據(jù)，這為林業(yè)防火巡檢、應(yīng)急救災(zāi)等工作提供了有力保障。

3.1.3 針對(duì)性強(qiáng)

采用傳統(tǒng)載人飛機(jī)的方式獲取森林巡檢信息的手段在一定程度上能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求，改善了時(shí)效性差等問(wèn)題，但其工作條件受制于環(huán)境，在環(huán)境惡劣或發(fā)生森林火災(zāi)的情況下飛行安全會(huì)受到嚴(yán)重威脅，而且維護(hù)成本較高，不能滿(mǎn)足林業(yè)的日?；芾怼６p型無(wú)人機(jī)系列飛行高度和飛行范圍便于控制，可以靈活調(diào)整拍攝區(qū)域，增強(qiáng)拍攝的針對(duì)性。多個(gè)無(wú)人機(jī)協(xié)同工作，可以實(shí)現(xiàn)拍攝主體與細(xì)節(jié)相互映襯、相得益彰。航拍應(yīng)用入門(mén)較低，能對(duì)重大自然災(zāi)害、突發(fā)事件進(jìn)行直播。無(wú)人機(jī)航拍不受地面場(chǎng)地條件限制，可提升林區(qū)防火救災(zāi)的效率。

3.1.4 可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程指揮

無(wú)人機(jī)采集的音視頻信息通過(guò)加密微波無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)傳輸至地面接收機(jī)或集成式地面站，再通過(guò)有線(xiàn)、4G或衛(wèi)星通道傳送至指揮中心，連入林業(yè)監(jiān)控專(zhuān)網(wǎng)或林業(yè)指揮系統(tǒng)。采集的信息也可直接接入用戶(hù)的專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò)，人員可靈活、可靠地進(jìn)行遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)及調(diào)度。通過(guò)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)程控制，在幾千公里外甚至更遠(yuǎn)的指揮中心實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)畫(huà)面實(shí)時(shí)查看及無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)操控，可在省市及國(guó)家林業(yè)部門(mén)調(diào)看現(xiàn)場(chǎng)圖像并控制無(wú)人機(jī)飛行，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程互動(dòng)與指揮。

3.2 待解決的問(wèn)題

3.2.1 技術(shù)性問(wèn)題

首先，無(wú)人機(jī)技術(shù)是無(wú)人機(jī)直播的重要依托，但其自身還存在一些短板，比如機(jī)用電池續(xù)航能力問(wèn)題，直播現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)弱問(wèn)題，以及由于直播平臺(tái)推流方式不同造成的直播延時(shí)等問(wèn)題。其次，直播所采用的輕型無(wú)人機(jī)系列的飛行狀態(tài)會(huì)受到天氣等環(huán)境的影響，比如無(wú)人機(jī)飛行的穩(wěn)定性會(huì)被突然的天氣環(huán)境變化影響，此外，雨天進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛行及航拍也會(huì)對(duì)直播產(chǎn)生一定的影響。但是，任何技術(shù)性問(wèn)題都會(huì)隨著實(shí)踐及科技的發(fā)展而逐步解決。隨著5G時(shí)代的到來(lái)，無(wú)人機(jī)直播音視頻信息也終將突破延時(shí)等問(wèn)題，直播質(zhì)量也會(huì)實(shí)現(xiàn)超高清。

3.2.2 法規(guī)性問(wèn)題

2017年，國(guó)務(wù)院、中央軍委空中交通管制委員會(huì)、公安部、民航局等陸續(xù)出臺(tái)了無(wú)人機(jī)飛行管理法規(guī)，包括《無(wú)人駕駛航空器專(zhuān)項(xiàng)整治方案》《全國(guó)公安機(jī)關(guān)開(kāi)展“低小慢”航空器專(zhuān)項(xiàng)整治行動(dòng)工作方案》《民用無(wú)人駕駛航空器實(shí)名制登記管理規(guī)定》等。這些法規(guī)的出臺(tái)標(biāo)志著無(wú)人機(jī)的使用正逐步走向規(guī)范化，在某些方面也對(duì)無(wú)人機(jī)在行業(yè)中的正常使用形成了制約。但技術(shù)的進(jìn)步會(huì)倒逼政府政策的調(diào)整，美國(guó)無(wú)人機(jī)法規(guī)這些年的調(diào)整趨勢(shì)正說(shuō)明了這點(diǎn)，無(wú)人機(jī)使用的法規(guī)性問(wèn)題會(huì)逐步合理化解決。

4 總結(jié)與展望

在無(wú)人機(jī)上搭載高清攝像頭、音頻模塊以及網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊形成的無(wú)人機(jī)直播平臺(tái)，應(yīng)用于區(qū)域森林防火巡檢方面的方案實(shí)施與分析，表明了無(wú)人機(jī)直播技術(shù)在林業(yè)巡檢工作中起到重要的輔助作用。當(dāng)消防人員開(kāi)始巡查工作時(shí)，將巡查現(xiàn)場(chǎng)視頻實(shí)時(shí)傳輸至系統(tǒng)監(jiān)控中心，在巡邏工作過(guò)程中，消防人員能夠通過(guò)圖傳系統(tǒng)記錄現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面，如有需要，監(jiān)控中心可開(kāi)啟音視頻的實(shí)時(shí)傳輸；當(dāng)森林防火巡檢遇到緊急突發(fā)事件或基層人員無(wú)法解決的問(wèn)題時(shí)，巡查人員可以通過(guò)圖傳系統(tǒng)向監(jiān)控中心報(bào)警求助，上級(jí)部門(mén)的執(zhí)法處理意見(jiàn)和調(diào)度指令可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)傳遞，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法工作，及時(shí)有效處理突發(fā)事件和復(fù)雜事件，從而保障森林消防工作的順利完成。使用無(wú)人機(jī)直播技術(shù)在對(duì)交通條件差、危險(xiǎn)性高的地區(qū)進(jìn)行可燃物調(diào)查、野外火源監(jiān)控、森林防火巡護(hù)、森林火災(zāi)撲救指揮和災(zāi)后調(diào)查評(píng)估等方面都具有重要意義。所有新生事物的發(fā)展都會(huì)經(jīng)歷逐步發(fā)展成熟的過(guò)程。盡管無(wú)人機(jī)直播目前還存在一些待完善的問(wèn)題，但是瑕不掩瑜，隨著技術(shù)進(jìn)步、時(shí)代發(fā)展與長(zhǎng)期有效實(shí)踐，這些問(wèn)題會(huì)得到有效解決。