苗雨飛

（河北霧靈山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理中心，河北 承德 067300）

森林火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)，危害性大，發(fā)生后撲救困難，后果嚴(yán)重，不僅會(huì)影響人民的生命及財(cái)產(chǎn)安全，還會(huì)引發(fā)各種生態(tài)問題[1-2]。因此，我國一直非常重視森林防火工作。

自然保護(hù)區(qū)一般分布在人跡罕至且植被豐富地區(qū)，是森林火災(zāi)多發(fā)地區(qū)。使用無人機(jī)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)在交通條件較差的林區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，達(dá)到預(yù)防火災(zāi)、火情監(jiān)測、災(zāi)后調(diào)查等目的[3]。本文旨在通過分析無人機(jī)在霧靈山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)森林防火的應(yīng)用，為森林防火工作提供借鑒。

1 案例背景和無人機(jī)概念

1.1 案例背景

霧靈山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于北京、天津和河北唐山、承德之間，保護(hù)區(qū)內(nèi)有高等植物1 870種，陸生脊椎動(dòng)物173種[4]。霧靈山生物資源豐富，因此被專家譽(yù)為“華北物種基因庫”。

霧靈山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)海拔2 118 m，總面積14 264.9 hm2，共劃分出三個(gè)區(qū)域：核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)。1）核心區(qū)。面積4 100 hm2，占總面積的28.9%。屬天然林區(qū)，主要植被有闊葉林、針葉林、針闊混交林、草甸，是保護(hù)植物分布較集中的區(qū)域，是被保護(hù)動(dòng)物的重要棲息地。2）緩沖區(qū)。面積2 500 hm2，占總面積的17.6%。以天然闊葉林為主，分布少量人工林。3）實(shí)驗(yàn)區(qū)。面積7 600 hm2，占總面積的53.5%。以天然闊葉林為主，大部分人工油松、落葉松林分布在該區(qū)[5]。

霧靈山林區(qū)茂密，是京津地區(qū)重要生態(tài)屏障，直接關(guān)系著京津生態(tài)安全。在保持水土、涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、調(diào)節(jié)氣候、凈化空氣等方面發(fā)揮著重要的生態(tài)作用[6]。

1.2 無人機(jī)概念

無人機(jī)指無人駕駛飛機(jī)，是利用無線遙控技術(shù)或內(nèi)置程序操控的不載人飛機(jī)[7]。從飛行平臺(tái)構(gòu)型可分為固定翼無人機(jī)、旋翼無人機(jī)、無人飛艇、傘翼無人機(jī)、撲翼無人機(jī)等。它具有體積小、性價(jià)比高、無場地要求、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可攜帶多種設(shè)備完成一定的空中飛行任務(wù)[8]。保護(hù)區(qū)森林防火原則是以預(yù)防為主，預(yù)防是森林防火的關(guān)鍵和前提。將無人機(jī)應(yīng)用到森林防火中，可提高人們對(duì)周圍環(huán)境的監(jiān)測和探查能力，有效防范和遏制森林火災(zāi)，提高森林火災(zāi)救援的效率和安全性，保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)和森林生態(tài)安全[9]。

2 無人機(jī)在森林防火中的主要應(yīng)用

2.1 護(hù)林巡護(hù)

保護(hù)區(qū)的火源管控工作是森林防火工作的重點(diǎn)，霧靈山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)森林資源分布點(diǎn)多、面廣、戰(zhàn)線長，轄區(qū)內(nèi)地形多種多樣，溝多谷深并成輻射狀分布，進(jìn)山道路多。雖已安排較多人員進(jìn)行野外護(hù)林防火巡護(hù)，但保護(hù)區(qū)尤其是核心區(qū)面積較大，且存在部分道路不通的區(qū)域，易降低火源發(fā)現(xiàn)速度。

無人機(jī)不受地形限制且飛行速度較快，可高效完成保護(hù)區(qū)內(nèi)防火巡護(hù)工作[10]。無人機(jī)可攜帶高清相機(jī)、GPS全球定位系統(tǒng)等，按照特定航線對(duì)林區(qū)進(jìn)行監(jiān)控且沒有路線重合。其搭載的紅外熱成像儀還可發(fā)現(xiàn)林區(qū)內(nèi)肉眼難以發(fā)現(xiàn)的隱火，把林火消滅在初始階段[11]。其行動(dòng)靈活機(jī)動(dòng)、監(jiān)測范圍廣，不僅能監(jiān)控到林區(qū)每一個(gè)角落，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情和隱火，同時(shí)還能進(jìn)行全局監(jiān)測、準(zhǔn)確采集數(shù)據(jù)。無人機(jī)應(yīng)用于野外護(hù)林防火巡護(hù)，可極大提高監(jiān)測速度和監(jiān)測精度，大幅提高工作效率和火源報(bào)告準(zhǔn)確度，能減輕人員消耗，節(jié)約人力物力[12-13]。

2.2 火情監(jiān)測

森林火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火源產(chǎn)生了非常高的溫度和對(duì)人體有害的濃煙，風(fēng)速大、能見度極低，無法人工監(jiān)測。無人機(jī)能攜帶高清透霧攝影儀、風(fēng)向風(fēng)速儀、高分辨率紅外熱成像儀等監(jiān)測設(shè)備，且本身耐高溫，可在林火中自由移動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測工作[2-14]?；跓o人機(jī)拍攝的火災(zāi)影像，指揮部門能看到實(shí)時(shí)火情展現(xiàn)，準(zhǔn)確分析出火情火勢(shì)，并以最快速度制定全方位撲滅方案，幫助消防人員快速、準(zhǔn)確、安全到達(dá)指定地點(diǎn)，高效率完成撲滅工作，減少消防人員傷亡[15]。必要時(shí)還可用載重?zé)o人機(jī)短時(shí)間向受災(zāi)區(qū)域內(nèi)投遞防煙面罩、防火服、急救藥物、食物等物品，協(xié)助撲火和救援工作[16]。

2.3 火災(zāi)調(diào)查

森林火災(zāi)調(diào)查需短時(shí)間內(nèi)對(duì)受害森林面積、人員傷亡、其他經(jīng)濟(jì)損失等情況進(jìn)行全面了解，并調(diào)查出森林火災(zāi)發(fā)生原因、查找出肇事者等。以往森林火災(zāi)調(diào)查是由工作人員到撲滅的火場進(jìn)行勘測，確定火災(zāi)實(shí)際受災(zāi)面積和損失狀況，工作效率不高，且存在一定的危險(xiǎn)性[17]。

利用無人機(jī)在空中拍攝高清圖片可確定受災(zāi)區(qū)域情況，無人機(jī)搭載的GPS全球定位系統(tǒng)可確定火災(zāi)位置，為災(zāi)后調(diào)查提供技術(shù)支持。同時(shí)，其搭載的紅外熱成像儀可分析出林火蔓延趨勢(shì)，推斷火災(zāi)起源，加快森林火災(zāi)案件的偵破速度[15-18]。

3 無人機(jī)應(yīng)用建議

3.1 選用不同型號(hào)無人機(jī)

目前保護(hù)區(qū)森林防火中常用的無人機(jī)是小型固定翼無人機(jī)和小型多旋翼無人機(jī)，其上能搭載多種監(jiān)測設(shè)備，如高清透霧攝影儀、紅外熱成像儀、風(fēng)向風(fēng)速儀、GPS全球定位系統(tǒng)等[19]。

小型固定翼無人機(jī)具有飛行速度快、飛行距離長、飛行高度高、自動(dòng)設(shè)置航線飛行、自動(dòng)設(shè)置降落點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)；但不夠靈活且不能懸停、起降需要輔助設(shè)備。因此，保護(hù)區(qū)將小型固定翼無人機(jī)用于日常野外護(hù)林防火巡護(hù)。需要制定起降點(diǎn)、安排專業(yè)操作人員提前設(shè)置好固定巡護(hù)航線，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需求搭載監(jiān)測設(shè)備[14]。

小型多旋翼無人機(jī)具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、可懸停、可垂直升降、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是續(xù)航能力低、飛行速度慢、飛行高度低、只能人工遙控、飛行距離短。因此，保護(hù)區(qū)將小型多旋翼無人機(jī)用于火情監(jiān)測和災(zāi)后調(diào)查。在使用時(shí)，根據(jù)人工遙控操作指揮無人機(jī)到某一地點(diǎn)或圍繞某一范圍進(jìn)行拍攝記錄，并把實(shí)時(shí)影像傳輸至接收設(shè)備，為地面人員提供實(shí)時(shí)全景畫面，同時(shí)可根據(jù)搭載的監(jiān)測設(shè)備分析數(shù)據(jù)，如災(zāi)情變化圖、風(fēng)險(xiǎn)警示圖等[3]。

3.2 培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才

操作無人機(jī)需要專業(yè)培訓(xùn)。由于無人機(jī)在森林防火中的應(yīng)用時(shí)間尚短，且無人機(jī)應(yīng)用受到較多限制，如火場高溫、濃煙等，還沒有能專用于森林防火的無人機(jī)類型。因此，我國無人機(jī)發(fā)展不僅需要專業(yè)技術(shù)人才，還需要無人機(jī)研發(fā)人才，使無人機(jī)更加契合森林防火業(yè)務(wù)需要，有關(guān)部門可增加相關(guān)研發(fā)投入。

3.3 推進(jìn)無人機(jī)防火應(yīng)用

目前，我國無人機(jī)在森林防火領(lǐng)域應(yīng)用處于初始階段，尚未形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用體系。而且，無人機(jī)性能方面也需要加強(qiáng)，如耐高溫、可搭載滅火彈或其他滅火介質(zhì)等，以便更好地在火場工作[20]。

4 結(jié)語

隨著科技發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)逐漸應(yīng)用于森林防火工作之中。無人機(jī)技術(shù)在保護(hù)區(qū)森林防火工作中具有較好應(yīng)用前景，能有效解決工作人員數(shù)量不足、安全系數(shù)低等問題，提高森林防火工作效率和安全系數(shù)，助力自然資源保護(hù)和林業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。