森林防火中无人机的应用现状及发展趋势

摘 要：根据国内外相关文献，对森林防火现状及无人机的发展趋势做出了总结。无人机在森林防火方面近几年已经得到大力发展和广泛应用。但是目前国内针对森林无人机的研发较为缓慢。无人机中低空监测系统具有动作灵活、使用成本低、维护操作简单等技术特点及其独特的优势。就森林防火无人机的理论与技术进行研究具有一定的现实意义。

关键词：森林防火 火情监测 无人机

中图分类号：V2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（b）-0252-02

The Technology of Multi-functional Spray-caulk Device for Polyurea Coating

Li Bin Yang Xiaotian Wang Hongyu Shan Junxin

（College of Mechanical and Electrical Engineering，Northeast Forestry University，Harbin Heilongjiang，150040，China）

Abstract：According to the relevant literatures，it summed up the the development of forest fire prevention and the development trend of the unmanned aerial vehicle.Unmanned aerial vehicle has been developed and widely used in the aspect of forest fire prevention in recent years.However unmanned aerial vehicle（uav）forest development is relatively slow at present.The monitoring system of unmanned aerial vehicle in the low level has many technical characteristics such as flexible motion low cost，simple maintenance operation and its unique advantages.On the theory and technology the research of unmanned aerial vehicle of forest fire prevention has certain practical significance.

Key Words：Forest Fire Prevention；The Fire Monitoring；Unmanned Aerial Vehicle（uav）

无人机（Unmanned Aerial Vehicle，缩写为UAV）是一类机上无人驾驶并且可以重复使用的航空航天飞行器的简称。无人机可以在无人控制的状态下，根据具体的实际情况进行自主操作，也可以与地面控制人员协作完成半自动控制。无人机机动灵活，建造成本低，性价比高，可重复使用，常用于战场侦察，在科研领域代替专业人员进行对应的信息采集工作，应用领域十分广泛。

森林对经济和社会发展有着十分重要的作用。林业是全国生态建设的主体。我国既是森林资源大国，又是森林火灾多发国家。国家林业局防火办提供的资料表明，1950—2007年，我国平均每年发生森林火灾22566次，年均受害森林面积近97.75万公顷（占全部森林覆盖面积的5.587‰）。简单的按这个数据来计算的话，大约179年后，地球上的森林将所剩无几。为扑救林火耗费了大量人力、物力和财力，森林火灾对森林资源和生态环境的破坏是不可挽回的。

森林的维护工作一直是令人困扰的话题。多年来，国家不断增加森林保护经费，自驾飞控技术的完善将开辟无人机在森林维护领域的应用。在林火防护方式上，始终还是通过人员定期、定时巡查为主，但是因为面积太大不能测地检查，而且巡查频率有限，使得浪费了大量人力却并没有取得很好的效果。

随着先进科技在林业等日常管理中的应用，新的森林防火措施也呼之欲出，早在2007年，在黑龙江大兴安岭地区举行的灭火演练中，一架参演的无人侦察机就吸引了众人的眼球。那是国内无人侦察机系统首次应用在森林防火领域。但是由于体积较大，成本较高没有得到广泛的推广应用。此后，对于中小型无人机应用于森林预警防火方面的需求日益高涨，推动了无人机在这方面的长足发展。

目前无人机在林业中的应用尚处于初始阶段，没有形成规模，随着研究的不断深入，无人机的身影将更多的出现在森林防火工作中，为推动林业经济发展作出杰出的贡献。

1 无人机发展简史

1917年英国人研发成功了世界上第一架无人机。固定翼无人机产生于20世纪50、60年代，由于电子技术水平所限，主要用作防空兵器性能坚定和部队训练的靶机使用。20世纪70年代以后大量用作执行战场军事侦察任务的无人侦察机。80年代以后，无人机得到了广泛的应用，大量应用于电子对抗、战果评估、目标指示、战场监侦，以及大地测绘、交通管理、空气采样、资源探测、环保监视等各种用途。实现了自主飞行和超视距控制。海湾战争之后，各国不断增加对无人机研发的军事投入和科研力量，无人机技术获得飞跃式发展，出现了洲际全天候无人机和无人战斗机，很快成为发展热点。进入21世纪以来，无人机在军事领域的应用日趋成熟，加之社会经济活动的需要，在非军事领域的应用也备受关注。在非军事方面已经涉及农业、气象、林业、测量等诸多行业。

2 国内外现状

2.1 国际常用森林防火技术

德国投入使用的Fire-Watch System森林火灾自动预警系统是一种应用数码摄像技术的森林火灾自动预警系统，它能够及时识别与定位森林火灾，是当前全欧洲最新的技术。

美国利用“大地”卫星和有人驾驶的林火预警飞机进行24 h监测地面上的高温地区、浓烟地带以及火灾遗址。

加拿大采用从卫星上发射电磁射线检测林区温度。同时，加拿大林区采用多架配备先进的直升飞机轮流监测森林火灾。

2006年10月，美国航空航天局（NASA）和美国林业局在加州使用“牵牛星（Altair）”无人机在森林大火上空进行了两次飞行。使用NASA艾姆斯研究中心提供的红外扫描器查明了主要火灾点，并将数据发送给地面站，大约每隔30 min就向地面中继传输火灾图像，几乎实时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（FAA）首次批准民用无人机在国家空域内执行任务。

2.2 国内森林防火及无人机

由于原始林区面积大，交通不便，目前主要依赖于卫星遥感技术。但是平台本身有固定的运行周期且地面分辨率较低，卫星通常难以及时发现火情。然而，飞机巡护具有反应速度快、作业效率高、巡视面积大等特点，是目前林区火情监测最为有效的作业手段，在国外已经是森林防火的主要力量。我国早在1952年就建立了东北航空护林中心，1961年又成立了西南航空护林总站，开展航空护林业务。但由于经费等原因，我国航空护林面临着飞机陈旧、设备老化、飞行能力不足等问题。缺乏高效、经济、易维护的飞行平台成为制约航空护林事业发展的瓶颈之一。

中国气象局也将微型无人驾驶飞机探空的研究工作列入“八五”计划，有关人员进行了系列试验。齐齐哈尔大学的李春林等研制了林火检测无人飞艇。

2009年9月4日，中国无人机首次实现百里远程监控航拍试验成功。标志着我国无人机的测绘技术已经达到了世界无人机的先进水平。

2013年6月3日上午10时30分，在根河护林航空站，一架白色Z-5型无人直升机徐徐升空，开始了森林防火巡航飞行。这标志着内蒙古自治区第一架森林防火无人机正式投入使用。

武汉智能鸟公司研制了森林防火无人机系统。该系统是以森林火情监测为主， 将无人机技术、GPS技术、高清数字图像传输技术等高新技术综合应用于森林资源管理中的高科技产品。

3 发展趋势

在这个信息时代，世界各国对无人机的研究、发展和应用都十分钟重视，加强国防建设和加快信息化建设中，高技术含量产物—— 无人机是重要的标志之一。

无人机在军事领域备受青睐的同时，民用领域的应用也方兴未艾，我国无人机产业的发展必须坚持军民融合，军事产品向民用产品转化的道路，带领民用无人机产业更好的发展。不断地推动新兴产业发展，满足社会的需求。对无人机的深入探索、研究与发展，对我国无人机产业的健康发展具有一定的现实意义。

就无人机系统本身来讲，归纳起来向着以下五个方面发展：（1）解决无人机发动机的动力技术难题，太阳能式发动机能有效利用能源，满足无人机的长滞空需要，前景看好。（2）提高无人机的搭载能力，以便装载更多的设备，进而增强情报搜索能力。（3）提升我国无人机的控制水平，转变为依托我国自主研发的北斗卫星导航。（4）加强相关数据链传输的安全和可靠问题，提高数据的加密、抗干扰等能力。集中力量攻关软件方面的问题。宽带、大数据量的传输是无人机的发展趋势和必然要求。目前，无人机主要采用 Ku/Ka波段、C/X波段和L波段进行通信。（5）加快研制新型非金属复合型材料的步伐，以降低无人机机身重量，提高灵活性。

在行业推动和行业管理方面，需要处理好无人机成本价格高，使用、服务和管理制度不健全等影响推广的问题。为我国新兴的无人机产业发展创造良好条件。

4 结语

无人机中低空监测系统具有机动快速、使用成本低、维护操作简单等技术特点，具有对地快速实时巡察监测能力，是一种新型的中低空实时电视成像和红外成像快速获取系统。在对车、人无法到达地带的资源环境监测、森林火灾监测及救援指挥等方面具有其独特的优势。就森林防火无人机的理论与技术进行研究具有一定的现实意义。

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