无人机在森林防火中的应用分析 (1)

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'无人机在森林防火中的应用分析 (1)'
2016 年第 32 卷第 1 期31 林 业 与 环 境 科 学 Forestry and Environmental Science 无人机在森林防火中的应用分析* 王振师 1 周宇飞1 李小川1 吴泽鹏1 岑棓琛 2 曾 宇2 (1. 广东省林业科学研究院,广东 广州 510520; 2. 广州因赛电子科技有限公司,广东 广州 511458) 摘要 对森林防火工作中使用的无人机类型和系统构成进行了说明,并对无人机在森林可燃地被物 调查、护林巡查和野外火源管理、火情监控和侦察及灾后调查评估的使用效果进行了分析,指明不同类 型无人机在森林消防中的应用方向,指出无人机在森林防火及林业调查应用的新需求。 关键词 无人机;森林防火;应用 中图分类号:S776.29 文献标识码:A 文章编号:2096-2053(2016)01-0031-05 Application Analysis of UAV in Forest Fire Prevention WANG Zhenshi1 ZHOU Yufei1 LI Xiaochuan1 WU Zepeng1 CEN Beichen2 ZENG Yu2 (1.Guangdong Academy of Forestry, Guangzhou, Guangdong 510520, China; 2.Guangzhou Insight Robotics Company, Guangzhou, Guangdong 511458, China) Abstract This paper illustrated the type and system composition of UAV which were used in forest fire prevention,and also analyzed the effectiveness of UAV on investigation of forest ground-cover fuels, forest- keeping patrol ,wild fire source management, fire monitoring and reconnaissance, investigation and assessment after fire. This paper pointed out the direction of different type of UAV application in forest fire prevention and control, and new demand of UAV on forest fire prevention and forest investigation application. Key words UAV;forest fire protection;application * 基金项目:广东省林业科技创新专项项目“小型无人飞行器森林火灾调查技术研究” (2015KJCX048) ;中央财政林业科技推广示范 项目“小型无人飞行器在立体灭火中的应用推广” ( 〔2015〕GDTK-04) 。 第一作者:王振师(1962— ) ,男,教授级高级工程师,主要从事森林防火技术研究,E-mail:wshenshi@163.com。 通信作者:周宇飞(1980—) ,男,高级工程师,主要从事森林防火及林业信息化技术研究,E-mail:ttzyftt@163.com。 森林是开放性的生态系统,森林火灾是突发 性强、危害性大、处置扑救极为困难的自然灾害 [1]。广东为我国南方的山区省份,森林主要分布在 地形复杂、地势陡险的山地和丘陵地区,且草灌 繁茂、植被丰富,林内可燃物载量大,是森林火 灾的多发区 [2]。 无人机是一种可远程控制航行的飞行器,它 通过机载的设备和系统,对相关区域进行远程侦 察,可提供操作简便、使用安全、适用性广泛的 监控和侦察方法。对交通条件差、危险性高的森 林消防工作来说,使用无人机在森林可燃物调查、 野外火源监控、森林防火巡护、森林火灾扑救指 挥和灾后调查评估等方面都有重要意义 [3-5]。本文 分析了无人机在森林防火工作的使用情况,指明 了无人机在森林防火中的应用方向。 1 无人机的类型和系统构成 无人机在林业方面应用的主要类型包括固定 翼无人机和多旋翼无人机,其系统构成主要包括 飞机机体、飞行控制系统、摄像系统、数据传输 系统、动力系统等,固定翼无人机还有发射与回 收系统。飞行控制系统又称为飞机的管理和控制 系统,主要负责无人机的飞行操控;摄像系统主 要负责从高空拍摄相关影像和视频;数据传输系 统一方面传输遥控指令,另一方面传输实时获取 的影像数据;动力系统部分采用高能蓄电池和电 机,部分采用化学燃料发动机;发射回收系统确 保无人机顺利升空,以达到安全的高度和速度飞 行,并在执行任务后能安全回落地面。无人机机 载中的有效载荷根据使用要求进行配备,一般包 含用于侦查的各种成像设备和各类传感器,有的 根据需要还携带森林防火器材或病虫害防治器材。 当前,随着技术的日益发展与完善,无人机在林 业方面的应用前景广泛 [6-8]。 2 无人机在森林防火中的主要应用 无人机在森林防火上的应用主要以森林火情 侦查、火场实时勘查及火烧迹地调查为主。无人 机系统应用于森林防火中具有续航能力强、操纵 方便、影像实时传输、机动灵活、功能多样化、 应急快速、实时巡查能力强等特点 [5],在森林巡 护、森林火灾扑救的侦察中更能显示出它的优势。 2.1 护林巡查和野外火源管理 无人机机动灵活,能获取较大面积森林状 况,相对于载人机,其具备安全、成本低、操作 简便、易于维护等优点;相对于地面巡查,无人 机在监测范围,尤其是人、车难以到达的区域具 备独特的优势。无人机携带红外热成像仪、高清 透雾摄像仪、与 GPS 全球定位系统、高清数字 图像处理与传输技术组成对火情的监控系统,能 按照预定的航线对林区进行空中巡查,并将空中 巡查过程中所获取的影像数据传输给地面的指挥 中心。在对监控基站附近的林区进行视频监控图 像采集的过程中,无人机可实现水平 360°,垂直 120°方位监控,系统能自动定位火情的位置,实 现火情的智能识别,对于重点区域和可疑火点, 还可以通过遥控指令改变无人机飞行轨迹进行重 点详查。 无人机应用于森林火灾监测及管理,可极大 提高监测及管理水平。可以大幅度减轻防火护林 工作者的劳动负担,提高巡查护林的工作效率, 提高林火的报告准确性,为林火的打早、打小提 供了宝贵时间。近年来,我省深圳、珠海的护林 队伍和森林消防专业队伍把多旋翼无人机作为队 伍的必需装备,无人机在多次的巡山护林和野外 火源的检查和监控中发挥了重要作用(图 1) 。 图 1 深圳大鹏新区南澳无人机巡山所拍摄影像 2.2 火情监控和侦察 森林火灾发生后,火场周围环境发生变化, 特别是火场上空受燃烧产生的浓烟影响,能见度 极低,风向变化多样。无人机能搭载摄像设备, 对已经发生的山火进行空中火情态势持续观察, 地面人员通过接收无人机传输的数据流,解码出 火场影像数据,这些实时影像数据可以通过网络 传给
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