无人机: 扑救森林火灾的新力量

张晓虹/ 编辑

随着无人机技术的日趋成熟和航空摄影技术的进一步拓展,民用无人机应用领域日益广泛,包括电力巡线、抢险救灾、资源勘探、环境监测、自然灾害监测与评估、林火病虫害防护与监测等。其中森林防火任务日益加重,消防部队面临着复杂的灭火救援和社会救助形势,传统现场侦察手段的局限性已日益凸显,同时为扑救森林火灾也耗费了大量的人力、物力和财力,森林火灾对森林资源和生态环境的破坏所造成的损失难以估量。因此,如何将高科技手段应用到森林资源监测,有效实施消防预警和现场侦测,并迅速、准确处置灾情已成为森林防火工作的一项迫在眉睫、亟待解决的重大课题。

国外的森林消防技术

加拿大采用从卫星上发射电磁射线检测林区温度,当检测出林区局部温度上升到150℃ ~200℃,红外线波长达3.7微米时,便是火灾前兆,应立即测定具体温度,采取措施及时防火。同时,加拿大林区采用多架配备先进的直升机轮流监测森林火灾,飞行费每小时需5000-6000 欧元。
2002 年,德国投入使用Fire-Watch System 森林火灾自动预警系统,在勃兰登堡州、梅克伦堡- 切波莫瑞州与萨克森州安装了24 套这种摄像系统以及7 套第二代Fire-WatchSystem,它能够及时识别与定位森林火灾。此后该林区共发生了近120 次森林火灾,没有一次漏报。Fire-WatchSystem 正常监测范围为半径10 公里,最远可达40 公里,安装该系统每套需7.5 万欧元。
2006 年10 月,美国航空航天局(NASA) 和林业局在加州使用“牵牛星(Altair)”无人机在森林大火上空进行了两次飞行。使用红外扫描器查明主要火灾点,并将数据发送给地面控制站,大约每隔30 分钟就向地面站传输一次火灾图像,为消防人员提供了态势感知能力。此次任务的完成也标志着美国联邦航空局首次批准民用无人机在国家空域内执行任务。

无人机在森林消防的优势

我国将无人机技术应用于森林消防,优势越来越明显,它弥补了现阶段我国森林航空消防有人机的许多不足,并通过搭载不同的任务载荷在林区巡护、卫星热点侦察、火场侦察等方面发挥监测功能。消防无人机与传统消防方式相比,有以下优势:
( 一) 机动灵活。小型无人机一般只有100 千克以下的重量,依托飞行控件就可以对其进行操控。由于不受交通路线限制,在续航满足的情况下,可以及时补充灭火弹药、传递救援物资,为指挥提供可靠资料。再者无人机搭载设备可根据需求进行调整,如执行某项特殊任务,针对性地搭载所需设备。执行多项任务时,将搭载设备进行整合,任务可同时进行。
( 二) 视野全面。无人机在高空对目标进行全局性拍摄,可将地面情况“尽收眼底”,同时通过宽带、数据链技术可以实现超视距控制,依据现场需求,可以从不同角度、不同的距离在不同的光线条件下进行作业,更加准确地传递火灾信息。
( 三) 成本低廉。无人机本身制造生产成本相较其他灭火设备( 如消防车、消防直升机等) 更加廉价。同时取消人员登机、登车等过程,直接操作减少时间成本。
( 四) 操作简单。无人机操作简单,只需要1-2 人就可以完成此类操作任务。随着相关管理条例的出台,操控无人机的飞手应考取被法律认可的“无人机驾照”,同时在执行任务过程中,切勿抱有侥幸心理,应认真对待。
( 五) 安全可靠。操作人员遥控或编程执行任务,有效规避传统灭火救援行动中存在的短板,可确保消防官兵的自身安全,提高安全系数,降低二次事故的发生频率。

无人机在消防中的功能

(1) 林区巡护、卫星热点侦察
无人机系统根据航路规划或地面指令,控制无人机按照预设的航路飞行,同时使用机载可见光摄像机和红外热像仪,对所要监控的林区作大面积的扫描、录像、拍照及巡查,实时获取重点区域的图像信息并传回地面控制站。
(2) 火场侦察
无人机搭载任务载荷在执行火场侦察任务,获取火灾损毁评估实时图像,可获取重点区域非常详细的图像数据,对于可疑点或区域,地面人员通过遥控指令可改变无人机飞行航线及飞行高度进行详查。详查图像通过无线电路传回地面,第一时间提供火场地理坐标、过火面积、火场蔓延趋势等火场态势信息。无人机配备红外探测任务设备,在过火地区进行红外探测,红外探测设备可穿透烟雾敏感到地表的温度情况,获取火场区域完整的地面温度分布状态图像,可使指挥部及时了解灭火效果,及时调配地面人员对火场区域进行扑救。

无人机消防救灾流程

无人机的巡护效率远远高于传统的人工巡护,能在短时间内完成原本需要多人进行的巡护工作,同时,运行成本也极为低廉。
1、快速定位火点。利用无人机机载的红外和可见光摄像机监测森林火灾,经数控遥测电路实时传输到地面控制站,将火点、热点显示在地面站的数字地图上,经过识别系统确定是否为火点,并进行精确的火点定位,为地面消防部门第一时间提供火场地理坐标。
2、快速确定火情。当无人机在火场上方飞行时,还可将火场的轮廓、面积、蔓延速度等数据实时传回地面控制中心,为地面扑火指挥提供可靠信息,使灭火指挥部门迅速有效地组织、部署灭火队伍,提高灭火作战效率,防止救火人员的伤亡。
3、为消防部队提供最佳撤离路径。各项信息的有效传达不仅使消防部队能迅速调配人员进行重点区域灭火工作,还能及时通知消防人员撤离危险地区,并根据火场图像资料为消防人员提供最佳撤离路径。
4、人工增雨。无人机系统可用于人工增雨,其以使用简便,机动性好,便于投放,又没有人员安全的风险等特点而见长,因此特别适合森林防火作业中的人工增雨。例如,要对100 平方公里作业区域进行人工降雨,无人机需携带10枚增雨焰条。通过挂架挂载在机腹与起落架中间,在飞行中由地面遥控进行控制点燃某枚焰条,遥测信息显示焰条是否点燃,每次可根椐情况同时点燃多根发烟管。
无人机参与森林消防解决了地面巡护无法顾及偏远地区发生林火的问题,以及对重大森林火灾现场的各种动态信息的准确把握和及时了解。作为现有林业监测手段的有力补充,无人机显示出其他手段无法比拟的优越性,随着无人机技术的不断发展,无人机必将会在森林航空消防工作中扮演重要角色,在未来消防救援领域具有广阔的应用前景。

无人机消防救灾实际运用案例link

天津港爆炸救援现场:8 架消防无人机执行任务

2015 年8 月12 日,位于天津滨海新区塘沽开发区发生一起危险品爆炸事件,由于现场存放了大量危险化学品,爆炸后产生大量有毒有害气体,直接对一线作战人员生命构成严重威胁,传统的人工采集图像手段已无法有效开展。
因此,公安部消防局第一时间紧急调集北京、河北、山西、山东总队8 架消防无人机,随同31 名通信骨干连夜驰援天津,充分利用消防无人机实时获取全方位的高空、高清灾害现场图像,对灾情和救援实现有效的动态监控。
截至2015 年8 月19 日13 时,消防无人机累计执行87 次侦察飞行任务,传送爆炸核心区域图像750 余分钟,向指挥部提供了大量详实的灾情动态图像信息,为现场指挥科学决策发挥了独特的作用。