无人机在森林草原防火预警中的应用

_袁耀等

森林草原火灾突发性强、破坏性大、危险性高，是全球发生最频繁、处置最困难、危害最严重的自然灾害之一 ，是生态文明建设成果和林草资源安全的最大威胁，关乎山水林田湖草沙生命共同体建设安全，事关林区人民生命财产安全。无人机作为一种远程操控的飞行器，操作简单、机动灵活，近年来在交通、农业、水利、传媒、林业等领域逐渐推动应用 。本文基于森林草原火灾风险普查，探索将无人机应用于森林草原防火预警当中，研究无人机森林草原防火预警技术的特点，探讨分析存在的问题，进一步健全科学防火预警监测体系。

１　 应用背景

建设生态文明，关系人民福祉、关乎民族未来。党的十九大将“坚持人与自然和谐共生的现代化”纳入新时代坚持和发展中国特色社会主义的基本方略，指出“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计”。保障森林草原生态安全，实现人与自然和谐共生，成为建设美丽中国的新目标。森林草原防火是林草资源保护的首要任务，为生态文明建设提供安全保障。《全国森林防火规划（２０１６ ― ２０２５ 年）》要求重点实施六大建设任务、健全森林草原防火六项机制、加强森林草原防火六化建设，形成完备的预防、扑救、保障三大体系，全面提升森林草原火灾综合防控能力，减少森林草原火灾损失，及时排查消除隐患，防火于未燃之时、成灾之前。 ２０２１年，全国组织开展森林和草原火灾风险普查工作，旨在摸清全国森林和草原火灾风险隐患底数，客观评估各地区森林和草原风险水平以及重点区域防灾减灾能力。

目前，我国已采用瞭望塔监测、火险要素监测站、卫星林火监测、林火视频监测、人工巡护等预警监测方式，仍面临着林火监测的精度和时效性不高、识别能力有限、投入成本高、瞭望存在盲区等现实问题 。无人机作为一种远程操控的飞行器，机动灵活、携带方便，起飞、降落要求不高，前期投入与后期维护成本低，既可以通过预先设定的程序进行自主飞行，也可以在地面控制人员的操控下完成半自动控制飞行，尤其是在一些不适合人类进入的危险环境下，无人机具有无可比拟的优势，有效扩大了地面巡护的半径，对于早期林火的发现意义重大 。无人机应用于森林草原防火预警，采用现代高新技术、创新预警模式等重要举措，是提升林火监测时效和精度的重要手段，是贯彻落实《森林防火条例》《草原防火条例》的客观需要，能够有效提升地方森林草原防火部门的自主性和防救效率。

２　 研究目的

无人机在森林草原防火预警中的应用是健全林火预警监测系统的重要抓手，能够有效提升预警时效和精度，全面完善森林草原防火机制。利用无人机空中巡护系统，按照全国森林草原火灾风险等级，结合林长制实施落实，制定不同的巡护频率，对森林草原火灾风险区进行监测管理，确保第一时间林火识别、火情传送，并对林火扑救动态进行跟踪，实现火灾扑救辅助与监测 ，完成灾后灾情调查与评估等，从而全面提高森林草原火灾预警防控能力，最大限度地减少森林草原火灾发生和灾害损失。

３　 技术思路

应用无人机进行森林草原防火预警，将天、地、空等动态基本要素纳入监测管理范畴，以建立完善的森林草原防火预警体系。按照林长制区划管护的要求，参照固定翼无人机飞行续航时间及距离，将监测区域划分为若干个飞行网格，建立无人机网格化巡护机制；利用无人机远程操控系统，配置红外热成像仪、风速仪、高清透雾摄像头等仪器设备，采用物联网、 ３Ｓ（ ＧＩＳ 、 ＧＰＳ 、 ＲＳ ）等智慧化服务技术 ，实现区域内实时监控；第一时间将采集到的数据传输到护林员手机端应用程序、地面控制站以及防火指挥部门，进行数据分析、火点定位、火情监测，为地面防火指挥部门提供决策依据，实施火灾扑救辅助、保证救火路线和最佳撤退路线；并对灾后余火进行监测，开展火灾调查，系统评估灾后灾损，形成覆盖全面、巡护管理周期短、高效准确的森林草原火灾综合防控预警服务平台。

４　 主要应用内容

４．１　 无人机巡护预警

根据森林和草原火灾风险普查的分析评估结果，结合全国林长制的全面落实，将森林草原火灾风险区域划分为标准方形格网，建立无人机网格巡护机制。采用固定翼无人机搭载专用摄像机，按照预定的飞行航线，定期完成相应的巡护监测任务，及时发现巡护区域内火情火险、违法焚烧等突发情况，实时传输影像信息，进行火情的智能识别及预警，为应急指挥中心决策部署提供依据，为林火扑救争取宝贵时间。无人机巡护能够减少巡护盲区，提高巡护效率，有效改善了森林草原防火安全防范的能力和数字化水平。

４．２　 森林草原火情动态监控

无人机携带方便、对起飞和降落要求不高，受气象影响小，能够全天候、超低空飞行。无人机发现火情后，迅速切换为半自动人工操作模式，围绕火场定点盘旋侦查，实时获取火点位置、火场蔓延范围、风力风向气象信息、火情火势信息及人员分布信息，将视频信息、数据监测信息等通过 ５Ｇ 网络、中继站超视距测控网络传回到护林员移动端和各级森林草原防火指挥部门终端。通过数据分析、影像识别，能直观的判断着火位置、火情发展蔓延趋势，为指挥部门提供可靠准备的决策部署依据，研究选择最优的灭火位置，迅速调配消防队伍进入重点区域展开工作，制定合理有效的扑救方案。同时，实时数据的回传，能够为受灾人员撤离至安全区域、救援人员的安全撤离提供最佳路线，使得灾区人民的生命安全得到更好的保障。

森林草原火灾扑灭以后，还可能出现余火复燃的情况。无人机的高效便捷，能够有效对余火复燃进行监测预警。通过搭载红外热成像仪，对火场范围内进行巡航监测，根据回传的火场热力值，分析判断可能复燃的位置，及时指挥消防人员对余火进行全面清理，减少余火复燃的情况发生，加快全面灭火的速度，提升森林草原灭火效率，增强灭火的安全性。

４．３　 森林草原火灾灾损评估

森林草原火灾救援工作结束之后，火灾灾损调查与评估将为火灾预防、火灾救助、灾后重建提供经验和数据支撑 。利用无人机巡护对森林草原受灾区域进行航片拍摄，将拍摄数据进行软件处理，对比分析火灾前后灾区的正射影像图，参照森林草原资源库数据，可直接量测森林草原受灾面积、测算受灾植被损失量，以便管理人员快速、高效地完成森林草原灾情查勘、定损等，大大提高了评估效率和准确性，从而更有效地制定生态恢复方案，开展恢复状况核查等工作。

４．４　 森林草原违法行为警示

无人机巡护半径大、效率高。通过搭载语音传输和扩音模块，在巡航过程中，若发现巡护区域内存在人为焚烧、野外生火等违法行为，可以及时喊话制止，进行防火防控教育，做到防患于未然；此外，无人机可以定期播放森林草原防火知识，提高防火宣传的频率和覆盖范围。

无人机为林草执法提供依据。近年来，随着林草部门对盗采盗伐、违建违占林地草地等违法现象的打击力度不断加强，犯罪分子的作案方式也越来越隐蔽，利用无人机进行不定点飞行，及时发现违法行为并进行拍照取证，为林草执法部门提供技术支撑。

５　 实施方案

５．１　 网格化设置

结合林长制的推广落实，参照各单位的管护范围，综合考虑单架无人机每日有效巡航作业范围、起降点的位置距离、数据信息的传输距离等因素，将森林草原管护区划分为若干个巡护网格，根据森林草原管护频率的要求，建立无人机网格化巡护机制。

５．２　 基础数据的收集

按照《无人驾驶航空器飞行管理条例》的要求，遵循森林草原防火预警任务的执行标准，收集无人机巡护区域的相关数据资料，包括：基础地理数据（政区图、交通图、居民点分布图、水源分布图等数字线划图）、高分辨率遥感影像、林草专题数据、管护区区域红线图等。

５．３　 中继站的布设

由于森林草原防火监测范围广，无人机巡护数据的传送主要依托５Ｇ网络和中继站。根据各单位巡护范围，在５Ｇ网络未覆盖的区域，选取管护区内的制高点按建设标准架设中继站或者漫游站，确保管护区内无线信号全覆盖，保证巡护作业过程中数据的及时传送。

５．４　 巡护作业的开展

落实无人机网格化巡护机制，结合巡护要求的精度、分辨率等条件，合理设定飞行高度、航向重叠率、旁向重叠率等参数，科学规划巡护线路；无人机现场起降点操作人员严格按照起飞指令、飞行要求进行巡护作业，全面实行巡护工作常态化。

５．５　 数据处理

无人机巡护过程中的各种数据实时向不同用户推送，管理单位可以实时或者回看巡护视频，并储存在终端服务器；针对火情事件或疑似火情事件第一时间预警，上报指挥部门，同时进行数据分析，以便及时采取应急措施。

６　 结语

无人机有着机动性强、操作智能以及维护成本低等技术特点，随着无人机技术的不断发展，森林草原防火预警系统的建立完善，有效提升了无人机在森林草原防火中的应用水平，提高了对森林草原火灾的灭火能力和预防能力，推动了林草生态健康发展。但是，无人机系统在森林草原防火预警中的应用，还有一些关键问题亟待解决，比如无人机续航能力影响飞行距离，极大限制了作业过程中网格的设置；小型无人机抗风能力差，稳定性不高，坠机率高，影响巡护效率；森林草原防火中无人机的耐温性还需进一步改善。总之，无人机技术的进步完善，有利于提升森林草原防火的预警水平，具有良好的应用空间和发展潜力。