罗选疆 付钰杰 纪任鑫 张志

摘要：自应急管理部组建以来，国家森林消防队伍的职责范围由过去单一应对森林草原火灾转变为全灾种灾害救援，对灾害现场信息快速而全方位收集的要求也逐渐提高。无人机系统良好的平台拓展性和灵活的机动性，契合了森林消防队伍的应急侦测实战需求，为救援现场灾害数据收集、传输和处理提供基础性的保障。本文通过两起典型森林灭火实战案例研究，提出加强无人机系统的实战效能，一是要完善空域申请制度并对飞控进行规范，提高操作的可靠性;二是加强数据的处理与共享;三是建立飞行器指挥平台，解决无人机与其他飞行器共同作业的空域安全及编队配合的问题;四是加强“地空”配合和战法协同。

关键词：无人机系统;森林消防;应急通信

在城市化和全球气候变暖的背景下，各类极端天气和重大自然灾害频繁发生[1]。2018年，原公安消防部队、武警森林部队转制，组建国家综合性消防救援队伍[2]，由应急管理部领导管理。转制后的森林消防队伍面对“全灾种、大应急”，担负处置各类灾害事故的重要职责，在处置以森林草原防火灭火为中心的多样化任务中，对“动中通，全时通”的应急通信保障能力提出更高要求。现场指挥对应急侦测数据的需求急剧增长，卫星遥感受限于时空分辨率，而传统的有人航空遥感则受制于长航时、大机动、恶劣气象条件的影响[3]，很难进行实时有效的灾害现场动态監测，而无人机系统的发展刚好弥补了这一缺口，在应急救援领域的使用也逐渐普遍。随着无人机系统、融合通信与航空摄影技术的不断优化，目前市面上的大部分无人机产品都具备可拆解、实时通信、机动灵活的性能，无人机在在灾害现场可快速组装，前往人车无法到达的区域进行巡视反馈，将第一手灾害信息发送至前指，为救援力量部署、人员安全管控和机动路线选择提供决策依据。

1 森林消防队伍中的无人机应用现状

1.1灾害现场信息的实时采集

领受应急侦测任务后，无人机组装完毕并搭载不同功能的任务载荷，可对灾害现场进行实时监控。针对森林草原火灾中烟雾下方的火点，或搜索失踪人员位置，可利用热成像模块检测火点和人员热点后进行定位;在地震、泥石流等灾害现场，通常勘察工作量大、安全隐患多，不适宜人力直接介入进行前期的勘测，无人机在飞控的有效范围内可大面积获取灾害现场信息，初步评估灾害损失情况，及时掌握灾情发展趋势，而低空机动的飞行可避免云层干扰[4]，为指挥中心提供高分辨率的影像信息。

1.2基于倾斜摄影的数据可视化

倾斜摄影是由传统航空摄影发展而来的技术，打破了传统航空测量的拍摄角度局限。将一个垂直角度和四个倾斜角度所拍摄的影像与飞控中的POS数据匹配，之后进行空三加密构建三维立体模型[5]，实现空间数据可视化。

常用的航测三维搭建软件有Pix4Dmapper、PhotoScan、Smart 3D，如使用大疆创新的消费级航拍机进行采点取样，可利用Pix4Dcapture或Altizue进行3D航线规划，可根据不同的覆盖率需求设置航线，起飞后便可进行自动取样。但三维建模软件对电脑硬件需求通常比较高，通常处理时间在3-4小时甚至更长。

在三维建模完成后，可对航测的区域进行360度的浏览，也可利用工具对航测区域内物体长度、表面积、体积等数据进行测量，这样可以方便指挥员从不同角度查看灾害现场特征，判读救援过程中的风险要素和人员安全状况。在森林草原火灾救援过程当中，也可进一步将倾斜摄影数据处理生成数字地表模型（DSM），在海拔落差较大区域，将提取出的地物高度信息（nDSM）结合高分辨率光学影像进行地物提取[6]，获取可燃物等信息，为现场指挥员的救援方案及后方增援力量的应急响应方案的制定提供准确的基础信息。

1.3构建通信中继单元

传统的应急通信手段在复杂的地理环境里，通常会受山体或建筑物遮挡。临时在制高点搭建中继单元，路程较远且耗时较长，而无人机的高空无阻碍和快速的机动优势可化解这样的困境，为指挥机构和现场救援人员在山地密林区极端条件下建立起通信链路。

1.4辅助相关救援行动

无人机系统平台还可搭载喊话器、应急照明、抛投等任务载荷，在应急救援过程中为任务分队提供语音引导、弱光环境照明和抛送应急物资提供条件。

2 无人机系统在森林消防实战中的应用分析

2.1无人机装备配置情况

应急管理部森林消防局配发使用的无人机主要有幻影六旋翼无人机、3vs混合翼无人机以及各部门后期配发的消费级无人机。目前幻影六旋翼无人机已配备至大队级单位，3vs混合翼无人机配备至各总队所辖灭火救援任务繁重的单位使用。两款无人机具有各自的优势，3vs混合翼的固定翼巡航模式适合长航时、大范围侦测作业，六旋翼的任务载荷适用于小范围、定点侦测和救援协同任务。

森林消防队伍的无人机系统在人员操作方面，总队、支队两级机关的无人机操作手实战机会较多，操作经验丰富，大队级以下的无人机操作手实战应用的时机较少，主要通过每周的通信训练来提高操作水平。大部分无人机操作手通常只了解飞行操作，对采集的数据处理能力和飞行过程中的应急处置能力普遍较弱。由于无人机配备数量少，返厂修理时间较长，在实战操作过程中出现问题后，无人机操作手出现“恐飞”的情绪也较为常见。

2.2实战应用案例分析

《2019年中国国土绿化状况公报》显示[7]，我国森林覆盖率达22.96%，森林面积2.2亿公顷。我国已成为世界上森林资源增长最快的国家，人工林面积居世界首位。与此同时，我国面临的林火风险形势日趋严峻，随着天然林保护和退耕还林政策实施而森林营林管护措施的不到位，造成轻型可燃物的超量积聚，发生重特大森林草原火灾的危险越来越大。森林消防队伍转隶2年来，受气象、火源等因素影响，部分重点林区森林草原火灾高发、频发，灭火任务同比激增两倍以上。灭火作战要做到科学、安全、高效、有序，离不开现场信息的全面、快速获取。以2019年云南安宁“5.13”和2020年四川木里“3.28”灭火作战为例，无人机机组分别使用了六旋翼和混合翼无人机进行火场应急侦测。