无人机系统在森林防火方面的应用分析

无人机系统在森林防火方面的应用分析

摘要:森林是人类生存不可或缺的一部分，它美化了人类居住环境的同时，还为人类特供了生活和生存所需的宝贵资源。但火灾对森林的危害是极其严重的，其发生具有随机、不确定性，来势凶猛，发展迅速。传统的防火方式需要浪费大量的人力物力，且防护效果不理想。近年来，无人机的发展迅速，它具有无人驾驶、监测精准、机动灵活和可24 h不间断进行监测等方面的优势，弥补了传统的森林防火方式的不足。因此，无人机系统在森林防火方面非常值得应用和推广。基于此，阐述无人机系统在森林防火方面的应用及其发展。

关键词无人机系统；森林防火；森林维护

森林与人们的生活息息相关，它是人类赖以生存的重要资源之一。在森林的维护工作中，防火又是重中之重。但在我国，森林防火存在气候地理环境复杂多变的不利因素和火源不易确定、可燃物超载、防控能力薄弱的困难。目前，在我国仍然采用派遣人员实地巡逻这种浪费人力、落后的森林防火维护方式，一旦火灾来临，就显现出难以准确找到起火点和观测火势发展等方面的弊端。虽然有的地区投入了航空的监测方法，但这种方法需要有人员驾驶操作，这需要投入巨大的人力财力，且拍摄的图像精度、分辨率难以达到森林防火的要求，而且这种方法极易受天气气候因素影响，对于小的林区更是大材小用，浪费人力和资源。无人机系统的应用，很大地弥补了这些方面的不足，它具有操作方便、影像实时传输、续航能力强、机动灵活、

监测精准、和24 h不间断进行监测等方面的优势。无人机系统在森林防火方面非常值得应用和推广。

1 无人机系统概况

首先，要了解无人机系统的工作原理，才能更好地开展无人机系统在森林防火方面的应用工作。

1.1 简介

无人机就是没有驾驶人员的飞行器，传统的定义上把这样的飞行器称作靶机，无人机是其俗称。无人机由无人靶机、无人驾驶飞机和遥控飞行器三部分组成，能够在脱离人员的驾驶情况下，依据实际情况，自主控制或和地控人员合作的半自控模式完成任务。无人机系统包括一个或多个地面控制系统或控制站、飞行器、有效载荷及数据链路、有效载荷、发射及回收系统、地面处理和维护系统等。

1.2 工作原理

无人机在监测森林火灾的系统可以归纳为三大部分，即机载飞行系统、机载控制系统、地面处理系统，这三个系统有机结合、相互配合，协调地完成无人机系统在森林防火方面的工作[1]。

1.2.1 机载飞行系统

机载飞行平台包括机体、控制器、传感器、执行器、CCD和无限通信等单元部件。在森林防火中，其主要任务是确保整个无人机森林火灾监测系统的正常运行，是无人机森林防火系统的基础。而地面监测控制平台负责记录无人机飞行轨迹、飞行位置和姿态的信息，存储和输出无人机拍摄传回地面的图像数据，上传由地面控制平台发出

的指令，变更无人机的飞行轨迹或方向。它的主要单元部件有：监测计算机、遥控器和无线通讯系统等[2]。

1.2.2 机载控制系统

机载飞行平台的设计受机载控制系统的影响，就森林防火系统中的无人机来说，其机身的载重量很轻，它不但要承载机载控制系统，还要承载无线通讯设备和监测仪器等，这就要求相关的硬件要具备体积小、重量轻、能耗低等特点。此外，设计还应考虑抗干扰能力、系统升级等问题。应用于森林防火系统的无人机的机载控制系统，除了要有传感器、执行器、控制器外，还要有具有CCD摄像头以及配件的图像模块来向地面发回图像或相关的数据。

1.2.3 地面处理系统

地面处理系统的主要组成部分为数传、图传电台，遥控发射器、数据处理器和计算机。数传、图传电台的作用是接收机载电台发出的图像数据；遥控发射器负责对机载飞行系统发射控制指令；计算机则是用来显示接收到的图像信息和飞行参数数据等方面。

2 无人机系统在森林防火的应用

得益于图像传输数字化、GPS技术、遥感技术和视频实时传输技术等的快速发展，无人机系统在森林防火方面的应用得以实现，且无人机系统以其绝对的优势，弥补了传统的森林防火方式的不足[3]。它能够广泛应用于森林火灾发生前的火灾监测、预报，火灾发生时的预测、扑救和火灾后的评估等方面的工作中，有效提高了森林防火信息获取的速度和精确度，大大缩短森林火灾扑救的过程，节约人力资

源的投入。

2.1 无人机对森林防火区域监测巡视

无人机系统在森林防火方面的设备非常先进，它包括了摄像机、前视红外线仪器、高分辨率相机和图像传输的等，它能方便快捷、高效地实施和完成森林防火区域的空中监测巡视工作；并且完成高清图像拍摄、存储和图像视频实时传输，使森林防火人员对火灾迅速作出反应，采取相应措施。此外，前置红外仪器能执行夜间巡视任务。无人机运用的手抛发射、伞降回收方法，决定了它能在许多复杂的场地环境轻松投入使用。

2.2 无人机可以火灾上空作业

森林火灾发生时，若使用载人飞机，观测人员不但不能清楚观察掌握火势蔓延情况，还对飞行带来极大的危险。无人机则没有这方面的顾虑，它利用其搭载的摄像和影像传输设备探测和侦查森林火灾，并利用微波信号实时传送到地面工作者，使他们能够及时掌握火势发展的动向来监测扑救森林火灾。最大限度减少森林火灾造成的损失。

2.3 无人机能够24 h不间断监测火情

在火灾上空，无人机可以24 h不间断地对火势情况进行监测，对火情预警迅速，报告精准的起火点，有利于森林火灾初始阶段的扑救工作[4]。无人机在巡查时，会根据预设好的飞行轨迹飞行，通过影像传输技术实时把在空中作业所获得的影像资料传送给地面的监测站点，再使用网络经由站点把资料传给防火办公室的值班人。根据影像资料，工作人员就可以发现火灾发生的疑似区域，然后用遥控设

备由地面向空中发出指令来改变无人机飞行轨迹或方向，执行进一步的探测任务，再利用无人机的无线链路将最新的探测结果传输回地面。

2.4 无人机辅助科学扑救指挥

无人机能监测火场上空的火情动态，扑救指挥部门利用无人机反馈回来的资料信息，迅速高效组织和部署扑救工作，及时通知消防人员，合理有效地制定人员撤离火场的路线，最大限度保障扑救人员的安全，使扑救指挥工作及时、有序、合理、科学地进行。

3 无人机系统在森林防火中发展

当今社会是一个信息高速发展的新时代，世界各国都对无人机研究、发展和应用也越来越重视。我国在重视无人机在军事领域发展的同时，还坚持无人机军民结合的发展道路，带动民用无人机的发展，尤其是在森林防火方面，无人机以其独具的优势得到一定程度的推动和发展。但我国无人机系统在森林防火方面，还处在初始阶段，没有形成规模，其中还存在着无人机升级技术不够完善、抗风能力差、监测图像精度有待提高等方面的技术问题。但相信随着相关科研的投入不断加大，研究的不断深入，无人机不但在森林防火方面的应用会更加广泛，技术更加成熟；还会在我国资源保护、农业发展、科技发明等领域得到很好的开发应用，发展前景相当乐观。

参考文献

[1]赵莹，王小平.无人机遥感在抗震救灾中的应用[J].西部探矿工程，2014，（12）：113-115.