关键词：无人机；西南林区；森林火灾
1引言
森林火灾具有突发性、蔓延快、危害程度高等特点，早期监测和及时控制成为预防火灾和有效扑救的关键。而无人机技术是国内近几年来新兴起的技术，应用领域十分广泛。以森林防火为例，无人机技术具有无人值守、机动性强、操作简单、成本低等优点。它能持续停留在高湿度、高温度的火场以上，或到达消防人员难以穿透的区域，不断监测灾害情况、发射火灾现场信息、提供通信支持、救援物资等。已成为现代林业监测和灭火手段的有力补充。
2 无人机技术在消防灭火领域应用
随着科学技术的发展，无人机作为各类灾害事故辅助救援的基本平台已经得到广泛重视和应用。一是灾情侦查。通过在无人机上挂载灾情侦察模块可实现对火灾现场多维信息的实时监测，主要包括：火灾周围温度场、有毒有害气体浓度、现场影像等。近年来，我国各地消防部队陆续配备应用了具备火场侦察功能的消防无人机，取得了较好的实战效果。二是森林防火监测。通过在无人机上挂载不同的相机，采集灾害区域的火灾影像，并通过一定的算法处理，可以实现对火灾的探测以及蔓延过程的监测。比如西北工业大学航空学院李占科团队研制出两款“消防救援灭火无人机”：一款针对高层住宅火灾，无人机携带的4枚灭火弹能破窗而入，15米内能做到高精准度瞄准；一款针对森林火灾，无人机能往下投掷灭火弹，至少能覆盖50平米范围。三是辅助灭火和应急救援。随着无人机技术的不断发展，更多辅助灭火的消防无人机得以研发应用。比如澳大利亚皇家墨尔本理工大学研发了无人机水炮灭火系统，可垂直起降，通过无人机喷射水或者灭火剂实现灭火。长安大学沈旭设计了一种基于无人机的灭火控制系统，可实时显示影像信息，并对无人机摄像镜头、灭火系统以及照明系统进行有效控制。
3 西南林区及林火特点
西南林区是中国第二大面积林区，是我国南方重要的生态安全屏障，对我国林业的全面发展起着举足轻重的作用，是国家林业建设和国家森林防火的战略重点。在我国历史上，西南林区发生的森林火灾远多于其他林区，近年来，随着我国天然林保护工程的实施及人工造林面积的增加，加之厄尔尼诺和拉尼娜现象出现的日益频繁，西南林区森林火灾的数量和影响面积逐年增加，因此，如何在火灾发生后迅速扑灭，较少受森林损失的影响，最大限度地减少火灾对人类的威胁尤为关键。
西南林区的特殊地形、气候环境、森林类型、生产生活用火的复杂多样性，造就了西南林区的森林防火的特殊性。以云南省为例，云南林区的三维气候明显，地形复杂多样，峡谷纵横交错，林区道路狭窄崎岖，林相地区复杂多样，占主导地位的植被类型为寒温带针叶林，是最典型高山峡谷区。该区海拔高，灌草丛生，风向多变，使得森林火灾蔓延快、变化快，安全地实现有效灭火十分困难。并且地形地貌复杂，植被分布密集，气象变化莫测，导致观察监测及决策指挥也十分困难。林火行为多变，反复燃烧，危险性极高，并且险情不断。
4 无人机技术在西南林区防火应用
西南林区多为高山林区，而高山林区交通比较闭塞，公路路段标准低，道路狭窄，畅通率低。通往火场的盘山公路，一侧临山、一侧悬崖深谷，一般只能单向通行，且易受泥石流、洪水、滑坡、塌方等自然灾害的影响。并且高山林区火灾大都发生在偏远山区，一旦车辆无法通行，救火部队就只能徒步向火场运动；如采用空中输送，又很难找到适合于机降、索降的场地，给快速机动灭火带来极大困难。林区交通闭塞，地形地貌复杂，山高坡陡林密，气象复杂多变，指挥扑救困难。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此应用无人机技术可以有效建立相应的火情侦查工作和火场实时监测工作，从而有效提高火灾扑救的效果，保证管理体系更加有效。下面是无人机在林区防火灭火中的几种应用方式。
4.1 护林巡航管理
无人机本身较为机动且灵活，能获取较大的森林面积参数，并且设备整体安全性较高，且成本不高，操作便捷。另外，在无人机设备上还具有红外热成像系统和高清透雾设备等，能对火情予以实时监测。
借助无人机能按照预定的航向对林区进行有效管理和巡航，及时收集相关信息，将影像数据直接传输到地面指挥中心。并且，无人机本身能实现３６０°飞行，确保了垂直方位的监控工作，从而有效确定火情位置，完成定位任务。借助火情的智能化识别体系，对重点着火区域以及可疑的着火点予以集中分析，能实现日常巡护以及野外火源搜查的工作目标。
4.2 火情监控
对于林区火灾而言，火场周围的环境若是发生变化，就会对其整体火势造成影响，尤其是上空的浓烟的产生，导致区域内能见度非常低，加之风向变化存在不确定性，若是不能建立有效的监督措施并实时报告，就会造成火势大面积蔓延的危险。借助无人机中的摄像设备，能有效对林火进行动态分析和持续性观察。无人机搭载的摄像设备能将摄像数据借助网络准确传递到一线指挥人员处，供其作出准确判断与科学决策，提高森林防火的实效性。正是借助无人机的高清摄像和传感器，能够确保火灾扑救工作的及时性和准确性，也能减少经济损失，最大限度避免人员伤亡，确保林区火灾能在初发阶段就得到全面控制。
4.3 灾后调查
正是由于无人机小巧轻便，操作便捷化程度高，所以，工作人员才利用无人机进行野外数据采集处理。尤其是对林区火灾后续调查时，利用无人机对火灾现场进行空中拍照，对地形、位置以及火灾面积等进行集中校对，直观反映出其基本的受害程度以及完成数据收集工作。另外，在实际操作管理工作中，还能应用无人机进行影像资料的留存，结合火场残留可燃物的特征对火灾发生问题的原因进行判定，为火灾案件的查处提供了最为直观的证据。
4.4 植被调查
无人机在林区防火工作中，不仅能对火灾现场进行数据收集，也能对调查区域进行集中航拍，借助搭载设备对区域内全波段和多光谱波段影像予以统筹管理和数据收集，一定程度上借助植被指数运算分析相关数据，从而确定林地的基础类型以及树种的参数，分析可燃物种类，制定更加优化的森林防火管理计划，减少林区火灾问题造成的经济损失，预设相应的救火处理方案，提高林区管理水平。
5 结语
在无人机技术不断发展的背景下，要积极推动无人机设备的应用水平，有效将其和林区防火工作结合在一起，借助其技术体系和应用优势确保管理部门能及时发现火情并且积极扑救，采取更加科学的扑救方案，提高火情处理的实效性和安全性，将火情控制在初发期，减少经济损失，杜绝人员伤亡，从根本上推动西南林区自然保护区防火管理工作的全面进步。
参考文献：
[1] 南江林.消防无人机与应用前景分析 [J].消防科学与技术，2017（08）
[2] 张昊东.西南地区森林火灾灭火作战研究 [D].中国林业科学研究院，2014
[3] 张瑛.无人机在森林类自然保护区森林防火中的运用分析 [J].绿色科技，2018
第一作者: 龙雪蓉，女，汉族，1998年生，湖北人，本科生。
通讯作者：刘德稳，男，博士后，副教授，清华大学访问学者。
基金项目：国家大学生创新创业项目（2019）；云南省创新创业项目（2019）；西南林大教育研究重点课题（ZD201702）；西南林业大学创新精英班项目（2018）
论文作者:龙雪蓉
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第16期
论文发表时间:2020/1/2
标签：无人机论文; 林区论文; 火灾论文; 火情论文; 火场论文; 森林论文; 技术论文; 《科学与技术》2019年第16期论文;