1、無人機(jī)系統(tǒng)在森林防火方面的應(yīng)用分析摘 要: 森林是人類生存不可或缺的一部分，它美化了人類居住環(huán)境的同時(shí)，還為人類特供了生活和生存所需的寶貴資源。但火災(zāi)對森林的危害是極其嚴(yán)重的，其發(fā)生具有隨機(jī)、不確定性，來勢兇猛，發(fā)展迅速。傳統(tǒng)的防火方式需要浪費(fèi)大量的人力物力，且防護(hù)效果不理想。近年來，無人機(jī)的發(fā)展迅速，它具有無人駕駛、監(jiān)測精準(zhǔn)、機(jī)動(dòng)靈活和可24 h不間斷進(jìn)行監(jiān)測等方面的優(yōu)勢，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的森林防火方式的不足。因此，無人機(jī)系統(tǒng)在森林防火方面非常值得應(yīng)用和推廣。基于此，闡述無人機(jī)系統(tǒng)在森林防火方面的應(yīng)用及其發(fā)展。關(guān)鍵詞 無人機(jī)系統(tǒng)；森林防火；森林維護(hù)森林與人們的生活息息相關(guān)，它是人類賴以生存的重要資

2、源之一。在森林的維護(hù)工作中，防火又是重中之重。但在我國，森林防火存在氣候地理環(huán)境復(fù)雜多變的不利因素和火源不易確定、可燃物超載、防控能力薄弱的困難。目前，在我國仍然采用派遣人員實(shí)地巡邏這種浪費(fèi)人力、落后的森林防火維護(hù)方式，一旦火災(zāi)來臨，就顯現(xiàn)出難以準(zhǔn)確找到起火點(diǎn)和觀測火勢發(fā)展等方面的弊端。雖然有的地區(qū)投入了航空的監(jiān)測方法，但這種方法需要有人員駕駛操作，這需要投入巨大的人力財(cái)力，且拍攝的圖像精度、分辨率難以達(dá)到森林防火的要求，而且這種方法極易受天氣氣候因素影響，對于小的林區(qū)更是大材小用，浪費(fèi)人力和資源。無人機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用，很大地彌補(bǔ)了這些方面的不足，它具有操作方便、影像實(shí)時(shí)傳輸、續(xù)航能力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)靈活

3、、監(jiān)測精準(zhǔn)、和24 h不間斷進(jìn)行監(jiān)測等方面的優(yōu)勢。無人機(jī)系統(tǒng)在森林防火方面非常值得應(yīng)用和推廣。1 無人機(jī)系統(tǒng)概況首先，要了解無人機(jī)系統(tǒng)的工作原理，才能更好地開展無人機(jī)系統(tǒng)在森林防火方面的應(yīng)用工作。1.1 簡介無人機(jī)就是沒有駕駛?cè)藛T的飛行器，傳統(tǒng)的定義上把這樣的飛行器稱作靶機(jī)，無人機(jī)是其俗稱。無人機(jī)由無人靶機(jī)、無人駕駛飛機(jī)和遙控飛行器三部分組成，能夠在脫離人員的駕駛情況下，依據(jù)實(shí)際情況，自主控制或和地控人員合作的半自控模式完成任務(wù)。無人機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)地面控制系統(tǒng)或控制站、飛行器、有效載荷及數(shù)據(jù)鏈路、有效載荷、發(fā)射及回收系統(tǒng)、地面處理和維護(hù)系統(tǒng)等。1.2 工作原理無人機(jī)在監(jiān)測森林火災(zāi)的系統(tǒng)可

4、以歸納為三大部分，即機(jī)載飛行系統(tǒng)、機(jī)載控制系統(tǒng)、地面處理系統(tǒng)，這三個(gè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合、相互配合，協(xié)調(diào)地完成無人機(jī)系統(tǒng)在森林防火方面的工作1。1.2.1 機(jī)載飛行系統(tǒng)機(jī)載飛行平臺包括機(jī)體、控制器、傳感器、執(zhí)行器、CCD和無限通信等單元部件。在森林防火中，其主要任務(wù)是確保整個(gè)無人機(jī)森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的正常運(yùn)行，是無人機(jī)森林防火系統(tǒng)的基礎(chǔ)。而地面監(jiān)測控制平臺負(fù)責(zé)記錄無人機(jī)飛行軌跡、飛行位置和姿態(tài)的信息，存儲(chǔ)和輸出無人機(jī)拍攝傳回地面的圖像數(shù)據(jù)，上傳由地面控制平臺發(fā)出的指令，變更無人機(jī)的飛行軌跡或方向。它的主要單元部件有：監(jiān)測計(jì)算機(jī)、遙控器和無線通訊系統(tǒng)等2。1.2.2 機(jī)載控制系統(tǒng)機(jī)載飛行平臺的設(shè)計(jì)受機(jī)載控

5、制系統(tǒng)的影響，就森林防火系統(tǒng)中的無人機(jī)來說，其機(jī)身的載重量很輕，它不但要承載機(jī)載控制系統(tǒng)，還要承載無線通訊設(shè)備和監(jiān)測儀器等，這就要求相關(guān)的硬件要具備體積小、重量輕、能耗低等特點(diǎn)。此外，設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮抗干擾能力、系統(tǒng)升級等問題。應(yīng)用于森林防火系統(tǒng)的無人機(jī)的機(jī)載控制系統(tǒng)，除了要有傳感器、執(zhí)行器、控制器外，還要有具有CCD攝像頭以及配件的圖像模塊來向地面發(fā)回圖像或相關(guān)的數(shù)據(jù)。1.2.3 地面處理系統(tǒng)地面處理系統(tǒng)的主要組成部分為數(shù)傳、圖傳電臺，遙控發(fā)射器、數(shù)據(jù)處理器和計(jì)算機(jī)。數(shù)傳、圖傳電臺的作用是接收機(jī)載電臺發(fā)出的圖像數(shù)據(jù)；遙控發(fā)射器負(fù)責(zé)對機(jī)載飛行系統(tǒng)發(fā)射控制指令；計(jì)算機(jī)則是用來顯示接收到的圖像信息和飛

6、行參數(shù)數(shù)據(jù)等方面。2 無人機(jī)系統(tǒng)在森林防火的應(yīng)用得益于圖像傳輸數(shù)字化、GPS技術(shù)、遙感技術(shù)和視頻實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)等的快速發(fā)展，無人機(jī)系統(tǒng)在森林防火方面的應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)，且無人機(jī)系統(tǒng)以其絕對的優(yōu)勢，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的森林防火方式的不足3。它能夠廣泛應(yīng)用于森林火災(zāi)發(fā)生前的火災(zāi)監(jiān)測、預(yù)報(bào)，火災(zāi)發(fā)生時(shí)的預(yù)測、撲救和火災(zāi)后的評估等方面的工作中，有效提高了森林防火信息獲取的速度和精確度，大大縮短森林火災(zāi)撲救的過程，節(jié)約人力資源的投入。2.1 無人機(jī)對森林防火區(qū)域監(jiān)測巡視無人機(jī)系統(tǒng)在森林防火方面的設(shè)備非常先進(jìn)，它包括了攝像機(jī)、前視紅外線儀器、高分辨率相機(jī)和圖像傳輸?shù)牡龋芊奖憧旖荨⒏咝У貙?shí)施和完成森林防火區(qū)域的空中監(jiān)

7、測巡視工作；并且完成高清圖像拍攝、存儲(chǔ)和圖像視頻實(shí)時(shí)傳輸，使森林防火人員對火災(zāi)迅速作出反應(yīng)，采取相應(yīng)措施。此外，前置紅外儀器能執(zhí)行夜間巡視任務(wù)。無人機(jī)運(yùn)用的手拋發(fā)射、傘降回收方法，決定了它能在許多復(fù)雜的場地環(huán)境輕松投入使用。2.2 無人機(jī)可以火災(zāi)上空作業(yè)森林火災(zāi)發(fā)生時(shí)，若使用載人飛機(jī)，觀測人員不但不能清楚觀察掌握火勢蔓延情況，還對飛行帶來極大的危險(xiǎn)。無人機(jī)則沒有這方面的顧慮，它利用其搭載的攝像和影像傳輸設(shè)備探測和偵查森林火災(zāi)，并利用微波信號實(shí)時(shí)傳送到地面工作者，使他們能夠及時(shí)掌握火勢發(fā)展的動(dòng)向來監(jiān)測撲救森林火災(zāi)。最大限度減少森林火災(zāi)造成的損失。2.3 無人機(jī)能夠24 h不間斷監(jiān)測火情在火災(zāi)上空

8、，無人機(jī)可以24 h不間斷地對火勢情況進(jìn)行監(jiān)測，對火情預(yù)警迅速，報(bào)告精準(zhǔn)的起火點(diǎn)，有利于森林火災(zāi)初始階段的撲救工作4。無人機(jī)在巡查時(shí)，會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)好的飛行軌跡飛行，通過影像傳輸技術(shù)實(shí)時(shí)把在空中作業(yè)所獲得的影像資料傳送給地面的監(jiān)測站點(diǎn)，再使用網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由站點(diǎn)把資料傳給防火辦公室的值班人。根據(jù)影像資料，工作人員就可以發(fā)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生的疑似區(qū)域，然后用遙控設(shè)備由地面向空中發(fā)出指令來改變無人機(jī)飛行軌跡或方向，執(zhí)行進(jìn)一步的探測任務(wù)，再利用無人機(jī)的無線鏈路將最新的探測結(jié)果傳輸回地面。2.4 無人機(jī)輔助科學(xué)撲救指揮無人機(jī)能監(jiān)測火場上空的火情動(dòng)態(tài)，撲救指揮部門利用無人機(jī)反饋回來的資料信息，迅速高效組織和部署撲救工作，及

9、時(shí)通知消防人員，合理有效地制定人員撤離火場的路線，最大限度保障撲救人員的安全，使撲救指揮工作及時(shí)、有序、合理、科學(xué)地進(jìn)行。3 無人機(jī)系統(tǒng)在森林防火中發(fā)展當(dāng)今社會(huì)是一個(gè)信息高速發(fā)展的新時(shí)代，世界各國都對無人機(jī)研究、發(fā)展和應(yīng)用也越來越重視。我國在重視無人機(jī)在軍事領(lǐng)域發(fā)展的同時(shí)，還堅(jiān)持無人機(jī)軍民結(jié)合的發(fā)展道路，帶動(dòng)民用無人機(jī)的發(fā)展，尤其是在森林防火方面，無人機(jī)以其獨(dú)具的優(yōu)勢得到一定程度的推動(dòng)和發(fā)展。但我國無人機(jī)系統(tǒng)在森林防火方面，還處在初始階段，沒有形成規(guī)模，其中還存在著無人機(jī)升級技術(shù)不夠完善、抗風(fēng)能力差、監(jiān)測圖像精度有待提高等方面的技術(shù)問題。但相信隨著相關(guān)科研的投入不斷加大，研究的不斷深入，無人機(jī)不但在森林防火方面的應(yīng)用會(huì)更加廣泛，技術(shù)更加成熟；還會(huì)在我國資源保護(hù)、農(nóng)業(yè)發(fā)展、科技發(fā)明等領(lǐng)域得到很好的開發(fā)應(yīng)用，發(fā)展前景相當(dāng)樂觀。參考文獻(xiàn)1趙瑩，王小平.無人機(jī)遙感在抗震救災(zāi)中的應(yīng)用J.西部探礦工程，2014，（12）：113-1