夏睿

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國歷年平均出現(xiàn)森林火災(zāi)數(shù)千次，過火面積多達(dá)上百萬公頃，大約占我國整個(gè)森林總量的4%-8%，政府花費(fèi)了大量資金、物力、人力來撲救這些大火。雖然利用野火也可以建立新的森林，但是很難保證火災(zāi)不會(huì)威脅到脆弱的生態(tài)系統(tǒng)和人民群眾的生活、生產(chǎn)安全。森林火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)、危害范圍廣、處置難度大，怎樣及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并撲救森林火災(zāi)，以及怎樣最大限度地降低因傳播迅速性而帶來更多的傷害，已是擺在人們眼前的一項(xiàng)迫切課題。

1 無人機(jī)在森林消防撲救中的使用現(xiàn)狀

常規(guī)的森林火災(zāi)控制與監(jiān)測(cè)技術(shù)是利用機(jī)器或人來控制周圍環(huán)境實(shí)現(xiàn)的，不過這種技術(shù)在所需人力資源上既危險(xiǎn)又高昂。隨著電子計(jì)算機(jī)和數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得基于計(jì)算機(jī)視覺的遙感系統(tǒng)可以為常規(guī)森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)和探測(cè)系統(tǒng)提供有力的支持[1]。目前的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)一般分為地面和近地面監(jiān)控、飛機(jī)監(jiān)視、雷達(dá)監(jiān)控、衛(wèi)星遙感聯(lián)合地理信息系統(tǒng)監(jiān)控，以及無線介質(zhì)傳感器網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)等。

森林消防技術(shù)手段一般有垂直撲打法、風(fēng)力滅火法、化工藥物滅火器法、深水滅火法、爆破滅火法等。不過，由于各種信息系統(tǒng)都有不同的關(guān)鍵技術(shù)和現(xiàn)實(shí)問題。因此地面監(jiān)測(cè)設(shè)施監(jiān)控范圍也比較受限。而通信衛(wèi)星控制系統(tǒng)在路徑計(jì)算和信息技術(shù)更新的層次上也不夠敏捷，其太空畫面清晰度不足以達(dá)到更詳盡的數(shù)據(jù)信號(hào)捕獲條件。而且載人飛行監(jiān)測(cè)費(fèi)用也通常很高昂[2]。另外，飛行員的個(gè)人生活也可能會(huì)遭受火場(chǎng)救援的風(fēng)險(xiǎn)和操作者疲憊因素的影響。擁有采用人工智能算法的遙感技術(shù)系統(tǒng)軟件的無人機(jī)飛行，正逐漸變成更加實(shí)際的選項(xiàng)，它提供了高速、移動(dòng)和低成本的解決方案，用于監(jiān)測(cè)、檢測(cè)甚至消除森林火災(zāi)[3]。而且，無人機(jī)飛行在更復(fù)雜的火災(zāi)事故環(huán)境中可以更長時(shí)間進(jìn)行單一而復(fù)雜的日常任務(wù)，且安全系數(shù)也最高。

截至2009年9月，中國的無人機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)千公里的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和高清電視航拍攝影測(cè)試；2011年，廈門采用了無人機(jī)技術(shù)對(duì)森林實(shí)施了火災(zāi)監(jiān)測(cè)和巡邏管理；2012年6月，我國救援隊(duì)第一次將無人機(jī)用于山西晉中的森林消防作戰(zhàn)；2013年以來，在內(nèi)蒙古自治區(qū)大興安嶺的森林部隊(duì)逐漸采用了中國自主研制的Z 五型無人直升機(jī)，以實(shí)現(xiàn)定速巡航導(dǎo)航和獲取消防安全數(shù)據(jù)等資料，這是在中國林業(yè)消防安全系統(tǒng)中應(yīng)用的首個(gè)中小型無人機(jī)。另外，國內(nèi)也已經(jīng)有了商用無人機(jī)火災(zāi)事故監(jiān)控系統(tǒng)公司，他們先后研究設(shè)計(jì)了森林消防無人機(jī)系統(tǒng)。目前我國的緊急救災(zāi)部門，已把無人航空器逐步引入森林防火和消防系統(tǒng)中，以供進(jìn)一步探索和使用。2014年起，黑龍江省在考核日常執(zhí)法情況的同時(shí)，逐步采用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行日常的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)偵查工作。2015年，國家逐步開展了“森林火災(zāi)應(yīng)急無人機(jī)智能偵察與通信無線中繼系統(tǒng)軟件”的基地建設(shè)，并成功實(shí)施了森林火災(zāi)偵察、通訊無線中繼系統(tǒng)的災(zāi)后重建工作。目前，我國利用無人機(jī)開展的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)反饋工作還處在發(fā)展時(shí)期，并面臨著無人機(jī)配置較少、規(guī)模小、系統(tǒng)功能不全等一些不利條件。

2 無人機(jī)在森林防火滅火中的技術(shù)需求

針對(duì)應(yīng)急救援隊(duì)伍面對(duì)災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，無人機(jī)在應(yīng)急救援隊(duì)伍的運(yùn)用需要達(dá)到一定的技術(shù)要求。

2.1 可靠性

應(yīng)急救援隊(duì)伍面對(duì)的各種災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，特別是火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)用環(huán)境更為復(fù)雜，需考慮風(fēng)速、煙霧、溫度以及防水等各種環(huán)境因素，因此，無人偵察機(jī)首先要能滿足現(xiàn)場(chǎng)的惡劣壞境使用條件。一是抗風(fēng)能力方面，在火場(chǎng)附近飛行時(shí)，由于瞬時(shí)的風(fēng)力可以接近6 級(jí)，所以其抗風(fēng)性也必須超過6 級(jí)；二是高溫防爆能力，要具備紅外線監(jiān)測(cè)溫度功能，重大災(zāi)害出現(xiàn)的時(shí)機(jī)和自然環(huán)境人類無法預(yù)知，所以應(yīng)安裝帶有紅外線攝象機(jī)功能的監(jiān)視照相機(jī)，并建議安裝輔助燈光；三是防水抗煙能力，因?yàn)榛饒?chǎng)上有巨大的濃煙，所以無人偵察機(jī)要具備強(qiáng)大的防水性和防煙能力。

2.2 操控性

以18km/h 無人機(jī)巡航平均速度計(jì)算，其可巡視范圍在2km 工作半徑內(nèi)，續(xù)航能力要求達(dá)到單組電池平均30min 以上，航線巡查要求能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷監(jiān)控，兩次巡查準(zhǔn)備間隙少于15min；另外，飛行高度方面，根據(jù)調(diào)研，災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)多數(shù)飛行高度在200m 以下，考慮到高層建筑最高高度，達(dá)到300m 飛行高度應(yīng)可滿足日?，F(xiàn)場(chǎng)偵查需要。

2.3 穩(wěn)定性

無人機(jī)的圖像傳輸應(yīng)當(dāng)力求清晰、連續(xù)，因而對(duì)圖像的無線收發(fā)均有較高的要求；通過無線傳輸易出現(xiàn)干擾，因而要求無人機(jī)必須有一定的抗干擾能力，從而達(dá)到在使用過程中圖像能夠不間斷。

2.4 集成兼容性

無人機(jī)在應(yīng)急救援隊(duì)伍的應(yīng)用中要實(shí)現(xiàn)很多擴(kuò)展功能，必須擁有良好的集成和兼容性，因此，在滿載重量方面，考慮日常訓(xùn)練及使用配備的機(jī)動(dòng)要求，無人偵察機(jī)需能便攜或車載到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)附近，單兵進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)機(jī)動(dòng)部署，緊急情況下拓展攜帶器材，因此，要求整套系統(tǒng)攜帶重量不超過50kg，此外，在實(shí)現(xiàn)視頻傳輸外，如果要實(shí)現(xiàn)其他輔助功能的集成和傳輸（如語音、測(cè)距、測(cè)溫等），同樣要求無人機(jī)擁有良好的集成和兼容性。

3 無人機(jī)在我國森林防火滅火應(yīng)用中存在的問題

森林火災(zāi)具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、危害面積廣、火勢(shì)迅猛及撲救困難等特點(diǎn)，一旦發(fā)生森林火災(zāi)，受地形等多重因素影響，常規(guī)地面消防救援裝備很難迅速抵達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，很容易錯(cuò)過最佳滅火時(shí)機(jī)。此外，傳統(tǒng)的人海戰(zhàn)救火對(duì)應(yīng)急隊(duì)員的人身安全也構(gòu)成嚴(yán)重威脅。雖然無人機(jī)在森林保護(hù)與消防技術(shù)上的優(yōu)越性非常明顯，但在具體技術(shù)上還是有很多困難不可忽略。

3.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善

一是國家還未形成對(duì)無人機(jī)設(shè)備生產(chǎn)的權(quán)威設(shè)計(jì)和制造規(guī)范。世界各地的無人機(jī)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)都是根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)開展生產(chǎn)和建造。在數(shù)據(jù)類型和通信設(shè)備的專業(yè)化、模塊化技術(shù)，以及低互換度方面也各有不同。其次，目前緊急救災(zāi)系統(tǒng)中還未能形成基于無人機(jī)飛行作戰(zhàn)能力的技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系來專門處理森林大火，發(fā)展和應(yīng)用也缺少數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。而森林大火的復(fù)雜自然環(huán)境，顯然也對(duì)無人機(jī)飛行的高耐熱性、適航力，以及低可探測(cè)度的特點(diǎn)提出了更高的需求。目前應(yīng)用于消防安全等滅火日常工作中的無人機(jī)飛行種類比較少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)還未滿足“日常工作”的需要。

3.2 品種少，體系缺失

一是單個(gè)載荷無法為整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用程序提供支撐點(diǎn)。在應(yīng)急處置階段，由于受到載荷能量和通信能力的制約，無人機(jī)所擔(dān)負(fù)的日常任務(wù)載荷范圍比較局限，無法滿足行動(dòng)需求。二是單個(gè)機(jī)型的局限性和多樣化的日常任務(wù)的要求產(chǎn)生沖突。目前中、小型和微型無人機(jī)在滅火預(yù)警和滅火任務(wù)中的使用主要以微小型無人機(jī)為主體。小型無人機(jī)的數(shù)量非常少，因此無法在飛機(jī)的飛行高度、最大飛行速度和飛行距離上達(dá)到實(shí)際的作戰(zhàn)機(jī)動(dòng)需要。三是機(jī)制的不健全也無法為配套設(shè)備的系統(tǒng)使用提供全面的系統(tǒng)保障，而無人駕駛飛行器的系統(tǒng)使用應(yīng)包括應(yīng)急救護(hù)出動(dòng)、飛行區(qū)域調(diào)度、航路的協(xié)調(diào)與指導(dǎo)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及專業(yè)資質(zhì)驗(yàn)證等一系列內(nèi)容，目前在任務(wù)管理與協(xié)調(diào)方面還不成熟。

3.3 技術(shù)實(shí)力有差距

一是物理性能差。如技術(shù)條件不穩(wěn)定、抗風(fēng)性較差、耐久性差、載荷能力受限等問題，都嚴(yán)重影響了作戰(zhàn)能力。二是自動(dòng)化程度較差。當(dāng)前，無人航空器生產(chǎn)過分注重自動(dòng)控制，對(duì)真實(shí)大氣環(huán)境統(tǒng)計(jì)參數(shù)收集管理和自行航行姿勢(shì)管理等相關(guān)方面的科學(xué)研究還不夠深，解決常見環(huán)境故障的能力不足，且穩(wěn)定性較差。三是數(shù)據(jù)處理計(jì)算速度較慢。在無人機(jī)上獲得了大量圖形與數(shù)據(jù)信號(hào)之后的重要任務(wù)就是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與信息處理。在如何系統(tǒng)迅速地?cái)?shù)據(jù)處理圖形，并增加分辨率，以實(shí)現(xiàn)立體模型等技術(shù)方面，還有待于進(jìn)一步完善。

4 加強(qiáng)森林滅火救援中無人機(jī)運(yùn)用的建議

4.1 建立有針對(duì)性的標(biāo)準(zhǔn)體系

一是緊貼現(xiàn)場(chǎng)消防需求。森林大火防控和火災(zāi)事故撲救工作中，根據(jù)不同種類的日常目標(biāo)、日常工作范圍和日常工作性質(zhì)，進(jìn)行完整和細(xì)致的需求研究報(bào)告，包括電池壽命、航空器飛行高度和監(jiān)測(cè)范圍等重要數(shù)據(jù)，就抗溫、抗風(fēng)、防水性能等指標(biāo)值展開討論，以保證滿足要求，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)值并做出合理評(píng)價(jià)。二是做好總體規(guī)劃。按照基礎(chǔ)規(guī)范，遙感技術(shù)的應(yīng)用導(dǎo)航平臺(tái)系統(tǒng)規(guī)范，通信鏈路規(guī)范，現(xiàn)場(chǎng)控制臺(tái)規(guī)范，遙感技術(shù)的應(yīng)用日常工作設(shè)備規(guī)范，日常維修規(guī)范，遙感技術(shù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)規(guī)范，安全運(yùn)行智能管理規(guī)范，智能管理規(guī)范和遙感技術(shù)的應(yīng)用無人機(jī)系統(tǒng)管理規(guī)范十個(gè)方面加以調(diào)整與細(xì)化，逐步形成具有廣泛應(yīng)用的具備森林大火緊急撲救的無人駕駛飛機(jī)系統(tǒng)。

4.2 創(chuàng)建有效實(shí)用的計(jì)算機(jī)綜合系統(tǒng)

第一，針對(duì)森林火災(zāi)戰(zhàn)斗特點(diǎn)必須裝備的各種機(jī)型，在制定無人機(jī)配置系統(tǒng)上，要根據(jù)平時(shí)工作的性質(zhì)和地域不同，在飛機(jī)的選用與配備時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌考慮任務(wù)區(qū)地形條件和地貌、環(huán)境危害、氣象情況以及其他各種因素，并科學(xué)合理地設(shè)置固定翼、多旋翼機(jī)種以及原油動(dòng)力、電動(dòng)等無人機(jī)機(jī)型。第二，更加注重現(xiàn)場(chǎng)消防作戰(zhàn)的信息需求。要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)戰(zhàn)情況與實(shí)戰(zhàn)需要，建設(shè)具有包括光學(xué)/紅外、多光譜學(xué)、雷達(dá)探測(cè)、通信無線中繼、地形測(cè)量、磁探等多種智能技術(shù)并與之相對(duì)應(yīng)的信息服務(wù)平臺(tái)，從而滿足在復(fù)雜多變情況下的偵察目標(biāo)需要、分析與數(shù)據(jù)處理需要，從而提升消防實(shí)戰(zhàn)能力和信息處理服務(wù)的質(zhì)量。

4.3 建立協(xié)作機(jī)制，吸收社會(huì)力量

首先，應(yīng)當(dāng)打破單一部門的資源保障方式，建設(shè)具有高水平聯(lián)合管理和集中調(diào)度能力的國家綜合資源運(yùn)用體系，并不斷加強(qiáng)應(yīng)急救援能力建設(shè)。遵循"培育、發(fā)展、規(guī)范、提高"的應(yīng)急救援能力、健康有序的發(fā)展宗旨，努力形成以國家綜合救援隊(duì)、地方專業(yè)救援隊(duì)、社會(huì)應(yīng)急救援能力互為補(bǔ)充，力量和實(shí)力相結(jié)合，資源共享、統(tǒng)籌發(fā)展的緊急救助體制。其次，應(yīng)當(dāng)在人才隊(duì)伍建設(shè)上實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新。人才是發(fā)揮無人機(jī)裝備效能的先決條件，應(yīng)當(dāng)通過廠家自主培養(yǎng)和專門院校規(guī)范化培養(yǎng)的方法、充分利用專業(yè)無人機(jī)技術(shù)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)，對(duì)有關(guān)人員在機(jī)器操縱、信息處理以及設(shè)備使用和日常保養(yǎng)等方面開展系統(tǒng)訓(xùn)練，進(jìn)一步完善培養(yǎng)引進(jìn)、流動(dòng)與獎(jiǎng)勵(lì)的保障制度，尤其是在留住人才、吸引人才、專業(yè)技術(shù)培養(yǎng)與發(fā)展等方面建設(shè)長效機(jī)制，逐漸建立技術(shù)過硬的無人機(jī)操控人才隊(duì)伍。

5 結(jié)語

目前，中國的無人機(jī)科技發(fā)展相當(dāng)迅速，并有著非常廣泛的使用前景。在中國森林火災(zāi)事故撲救中，無人機(jī)發(fā)揮了十分重要的作用，在極大程度上增強(qiáng)了中國森林火災(zāi)事故的撲救能力與防控力量。雖然中國森林資源的總產(chǎn)量豐富多樣，但人均少、數(shù)量小，森林火災(zāi)具有山勢(shì)起伏復(fù)雜、氣象條件惡劣多樣、起火成因多樣的一系列特征且不可預(yù)知。低空飛行檢測(cè)用的無人機(jī)具備操控性好、成本低、便于實(shí)際操作的優(yōu)點(diǎn)。在森林火災(zāi)事故的檢查和管理方面，無人機(jī)也起到了積極的作用。不過，由于技術(shù)推廣相對(duì)較晚，而且受各種不良影響的制約，并未產(chǎn)生一定的市場(chǎng)規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。從技術(shù)上來講，還需要逐步完善無人機(jī)的特性，個(gè)性化操控和遙感圖像的后處理技術(shù)。唯有從各方面提升應(yīng)用技術(shù)水平，才能做好無人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的運(yùn)用與普及。隨著科技的進(jìn)一步完善，無人機(jī)也會(huì)替代以往的傳統(tǒng)滅火方式，從而對(duì)可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。