摘 要：多年来，航空护林在森林防火工作中发挥了不可替代的空中优势作用，但也存在诸多不足，随着我国无人机技术的不断成熟，发展无人机应用于森林防火，是航空护林未来发展的有益探索，无人机与有人机相互配合，相互补充，将进一步提升航空护林在森林火灾预防和扑救方面的能力。

关键词：无人机系统；航空护林；应用

黑龙江大兴安岭林区位于祖国最北边疆，总面积835万公顷，其中林地面积680万公顷，森林覆盖率为82%，是国家生态安全的重要保障区和生态功能区，是祖国北方的重要生态屏障，由于森林火险等级高，已被国家列为一类重点火险区。60多年来，航空护林在黑龙江省大兴安岭林区先后开展了巡逻报警、伞降灭火、机降灭火、化学灭火、索（滑）降灭火、吊桶灭火等业务，在森林火灾的预防和扑救中发挥了不可替代的尖兵作用。近年来，随着无人驾驶飞机技术的迅速发展，发展无人机系统应用于森林防火，是航空护林未来发展的一个新的举措。

一、 应用无人机必要性

多年来，有人飞机在航空护林中的优势作用已经得到充分发挥，但受天气条件、日落时间、飞机续航时间等因素的影响，现有的航空护林飞机不能全天候飞行，有效作业时间受到了多方面的限制。而无人机具有续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、机动灵活等特点。在夜间、能见度低、火场天气复杂等条件，有人飞机不能起飞或不能抵达火场区域时，可以让无人机飞抵火场，无人机在飞行过程中，摄像头全程录像，并将拍摄现场回传到地面控制站，可以快速获取人员难以达到位置的火场信息，替代有人飞机执行巡逻报警、火场侦察等任务，让指挥部门及时了解现场的实际情况，正确做出扑火决策，可有效弥补现有有人飞机的短板。因此在森林防火中应用无人機是新形势下航空护林的有益探索，是提高森林防火智能化水平的必然要求，是实现大规模森林防火无人机系统化运行的必然趋势。

二、 应用无人机可行性

美国、加拿大、俄罗斯等国家已经应用无人机动态监测系统加强森林火灾的预警监测，我国也在测绘、海洋监测、电力等各个领域开始大力推进无人机在本领域的研究应用。国家发改委、林业局出台的《全国森林防火中长期发展规划》、《全国林业信息化发展“十二五”规划》等政策也提出开展无人机森林防火应用，四大国有林区的根河、幸福等航空护林站也先后开展了无人机的应用，黑龙江省大兴安岭塔河航空护林站也正在引进无人机实验应用于航空护林工作。

随着我国无人机技术的快速发展，无人机已经属于成熟的货架产品，国内自主知识产权的产品在国内外均有相关机型的应用，具备完善的生产、运营、售后体系，厂家也可提供给用户完备的无人机运行和维护服务，可确保森林防火无人机系统的正常运行。无论从技术成熟度、市场服务保障能力，还是航空护林场站自身条件等方面，都具备了森林防火无人机系统建设的条件，可保证无人机应用的顺利实施。

三、 航空护林无人机选型

1.无人机系统。无人机系统由无人机平台、任务载荷、测控数据链、地面测控站、综合保障等部分组成。

2.无人机分类。无人机有固定翼无人机和直升机无人机。

按大小和质量分类，可分为大型、小型和微型无人机。

按航程分类，可分为近程、短程、中程和远程无人机。

3.航空护林无人机选型原则。所选择的无人机既要有中远程的机型，可在机场起降，又要有短程的机型，可在火场直接起降，机型应符合民航空管要求、满足航空护林作业需求、性能稳定可靠、使用管理方便、价格经济合理。

4.航空护林无人机主要性能指标。航空护林无人机机型的选择应以满足森林防火业务需求为第一标准，这里主要谈一下，能在机场起降的中空长航时无人机系统的主要技术指标要求：任务载荷能力不低于150kg，满载巡航半径大于800km，满载续航时间大于12小时，具备超视距视频实时回传能力，并且要具有夜航飞行及一定的抗电磁干扰能力等性能。

（1） 飞行高度。大兴安岭林区的山峰高度在500m至1500m，火情巡查监测时，需要无人机具有较高的监视效率，也就是能够看的范围尽可能大，在发现火情的情况下要看的尽可能的清晰，这涉及载荷指标与平台作业高度，要求飞机既能在3000m至5000m高空实现护林大范围巡航作业要求，还要满足1000m以下低空高清晰搜寻、定位、侦查火情的要求。

（2） 巡航速度。飞行速度应达到一定要求。考虑到现阶段无人机飞行速度，实际作业过程中的准备（系统展开）时间，无人机巡航速度需在150km/h以上，考虑到一定的天气条件及安全冗余度，所选机型要具备最大180km/h以上飞行速度能力。

（3） 续航能力。大兴安岭护林机场间距离在200km左右，飞机护林巡护飞行作业半径一般是200km-300km，考虑到一个或多个火场侦查时现场盘旋作业时间以及天气情况影响，加上一定的安全冗余度，机型的巡航作业半径应能达到500km-800km。若以150km/h速度飞行，至少需要15h的续航时间，2000km的续航能力，

（4） 实用载荷能力。无人机的载荷能力包括搭载可见光摄像（照相）机、红外成像仪、高光谱成像仪、激光雷达等设备，以及后续扩展设备，因此，所需机型应具备120kg以上的载荷能力。

（5）通信链路性能。为保证飞机巡护过程中及时发现火情、以及突发状况进行及时处理，要求森林巡护无人机系统具备影像数据实时回传的能力。对于中远程大范围作业的无人机，视距测控链路传输距离在150 km；由于山区海拔高，超过200km的远距离作业，需要借助卫星数据链路子系统来达到实施传输的要求，获取的高清图像、视频信息，下行数据传输链路具备2-4Mbps传输速率要求。为确保安全飞行不受影响，数据传输系统应具备一定的抗电磁干扰能力。

（6）气候条件。大兴安岭林区气候条件复杂、变化无常，无人机要具备一定的高低温适应能力，能在-40℃～+45℃的温度下正常工作；具备一定的抗风能力，能在6级风条件安全飞行，能在4级侧风条件下顺利起降；具备一定的抗雨雪能力，能在中雨（雪）条件下安全飞行。

四、无人机在航空护林工作中的实验应用

黑龙江省大兴安岭林业管理局与中国航天空气动力技术研究院合作，将无人机系统试验用于航空护林工作，通过无人机视距通讯链路、卫星通讯链路实现探测数据实时回传，进行火源智能检测和火源位置实时报告，以此实现森林火灾的快速探测定位和综合指挥调度。2017年5月7日，黑龙江省大兴安岭塔河航空护林站实验应用彩虹-4型中空长航时固定翼无人飞机在漠河机场首飞成功，试验完成无人机系统超视距测控、地面目标定位、火场侦察图像信息传输、夜航飞行等任务。

1.常规巡逻预警。常规的航空巡逻预警是航空护林站的日常主要工作。传统的地面巡护由于林区地形复杂，道路交通不便，效率较低；卫星监测分辨率低、时效性不足、受天气影响大，难以实现实时动态监测。无人机系统不仅具有能够快速到达目标区域的特点，而且起飞前的准备时间短，反应速度快，监测效率高。此外，由于无人机配备了数据链设备，监测图像可以实时传输给后方指挥部，实现实时动态监测。无人机系统配备了着火点自动监测设备，在自动识别火情的同时还可以对着火点定位，从而进一步提高了森林火災预警和响应的速度。

2.火情侦查监控。森林火灾发生后，掌握准确的火场信息是科学指挥扑救林火的前提条件。采用无人机平台搭载可见光相机（摄像机）、红外成像仪、等任务载荷，无论白天还是夜间，飞抵火场上空，对火场实施不间断的动态监测，进行火场定位、确定火场范围、监控火场蔓延等，将视频数据通过卫星通信系统将数据回传至指挥中心，地面指挥中心既可以看到火场的实时图像，同时也可以利用数据处理系统将实时采集的图像与地理信息系统叠加处理，构建三维地形图，对灾情进行全面掌控，为地面扑救人员提供实时的影像支持和三维地形图支持，为火灾现场科学扑救提供详实依据，特别是夜间，有人飞机不能起飞侦查火情的情况下，无人飞机更能突出夜间飞行侦查火场优势，弥补有人飞机的不足。

3.火场应急通讯。森林火灾发生地一般地处偏远通讯不畅，会给火灾扑救的信息指令的传达造成障碍，很容易贻误扑火战机，甚至给地面扑火人员造成不必要的伤害。在火灾扑救中，可用无人机搭载3G4G、短波、超短波等通信中继设备，在火场上空延固定航线行飞行或盘旋，建立临时通讯网络，保证现场救灾人员和后方指挥人员之间的实时通讯。

4.火灾灾情评估。森林火灾损失评估能正确反映灾情损失的严重程度，评估火灾的经济损失及生态损失，并可作为救灾规划、执法量刑等的科学依据。无人机常规巡逻时可将检测到的植被等情况进行储存和更新，火灾发生后，可以准确查清火灾面积，定量评估损失程度，同时与常规航空巡逻中同一区域的林木生长情况进行对比分析，使评估结果独立、客观、公正，配合人员的调查，可以有效减少评估过程中发生的纠纷。

五、无人机的运行管理

无人机的运行管理可以全托管模式、带员托管模式、自主运行管理模式。由于无人机系统在森林防火中的应用刚起步，没有相关的运行管理队伍和经验，因此无人机系统引进后，实行带员托管，依托现有的航空护林机场，由无人机厂家或具有相关运行维护资质的公司提供技术支持，协同航空护林站管理无人机系统的运行、维护，待场站运管队伍建设完成，由航空护林站对森林防火无人机系统进行运行管理。

六、 结语

十八大以来，党和国家把生态文明建设提升到了新的战略高度，林业是生态建设的主体，国家林业主管部门在四大国有林区开展无人机在航空护林中实验应用，是对生态保护的重视，也是对新时期航空森林发展方向的探索，发展无人机应用于森林防火符合国家林业建设和生态保护的要求，标志林业建设发展的进步，也将促进森林消防能力的提升，发展无人机与有人机相互配合，相互补充，是不断研究航空护林新方法、新技术、新手段在实际领域中的应用，前景关阔，是符合我国国情的现代化航空护林发展有益探索。

作者简介：徐松泽（1975-），男，本科学历，森林防火工程师，现任塔河航空护林站业务科科长。