無人機在林業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用.doc

1、無人機用于森林防火的解決方案我國森林資源較為貧乏，森林覆蓋率約為13%左右，人均森林占有面積僅為世界平均值的1/6，但森林大火每年都有發(fā)生，如何解決森林防火的問題，又成為林業(yè)工作的重中之重。目前，國外森林防火中應(yīng)用了較多的新技術(shù)和新設(shè)備,國內(nèi)在此方面的應(yīng)用需求也日益增加，對森林保護的投入逐漸加大，先后運用衛(wèi)星進行資源普查、森林火場監(jiān)視,而使用無人機系統(tǒng)對森林火情監(jiān)測則還是初始階段。 無人機中低空監(jiān)測系統(tǒng)具有機動快速、使用成本低、維護操作簡單等技術(shù)特點，具有對地快速實時巡察監(jiān)測能力，是一種新型的中低空實時電視成像和紅外成像快速獲取系統(tǒng)。在對車、人無法到達地帶的資源環(huán)境監(jiān)測、森林火災(zāi)監(jiān)測及救援指揮

2、等方面具有其獨特的優(yōu)勢。 林業(yè)是全國生態(tài)建設(shè)的主體，在保持經(jīng)濟和社會發(fā)展中有著不可或缺的作用，在生物的進化過程中起著巨大的作用。我國擁有森林面積1.75億公頃，森林蓄積量為124.56億立方米，森林覆蓋率為18.21%，既是森林資源大國，又是森林火災(zāi)多發(fā)國家。國家林業(yè)局防火辦提供的資料表明，1950年-2007年，我國平均每年發(fā)生森林火災(zāi)22566次，年均受害森林面積近97.75萬公頃。為撲救林火耗費了大量人力、物力和財力， 森林火災(zāi)對森林資源和生態(tài)環(huán)境的破壞所造成的損失難以估量。 因此，如何將高科技手段應(yīng)用到森林資源監(jiān)測，對火情早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)報、早撲救，變有災(zāi)為無災(zāi)、變大災(zāi)為小災(zāi)已成為森林防火

3、工作的一項迫在眉睫、亟待解決的重大課題。 1、國際通常森林防火技術(shù) 德國投入使用的Fire-Watch System森林火災(zāi)自動預(yù)警系統(tǒng)是一種應(yīng)用數(shù)碼攝像技術(shù)的森林火災(zāi)自動預(yù)警系統(tǒng)，它能夠及時識別與定位森林火災(zāi)，是當前全歐洲最新的技術(shù)。該系統(tǒng)經(jīng)過了多年的實地試驗。2002年在勃蘭登堡州、梅克倫堡-切波莫瑞州與薩克森州安裝了24套這種攝像系統(tǒng)以及7套第二代Fire-Watch裝置，此后該林區(qū)共發(fā)生了近120次森林火災(zāi)，沒有一次漏報。Fire-Watch System正常監(jiān)測半徑10公里，最遠可達40 km，安裝該系統(tǒng)每套需7.5萬歐元。 美國利用“大地”衛(wèi)星在離地面大約705公里的軌道上繞地球運

4、轉(zhuǎn)，探測地面上的高溫地區(qū)、濃煙地帶以及火災(zāi)遺址。美國使用駕駛林火預(yù)警飛機進行24小時監(jiān)測，雖獲得了成功，但耗費了巨額資金。 加拿大采用從衛(wèi)星上發(fā)射電磁射線檢測林區(qū)溫度，當檢測出林區(qū)局部溫度上升到150200，紅外線波長達3.7微米時，便是火災(zāi)前兆，立即測定具體溫度，采取措施及時防火。同時，加拿大林區(qū)采用多架配備先進的直升飛機輪流監(jiān)測森林火災(zāi)，飛行費每小時需5000-6000歐元。 2006 年10 月，美國航空航天局（NASA）和美國林業(yè)局在加州使用“牽牛星（Altair）”無人機在森林大火上空進行了兩次飛行。使用NASA 艾姆斯研究中心提供的紅外掃描器查明了主要火災(zāi)點，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給地面站，

5、大約每隔30 分鐘就向地面中繼傳輸火災(zāi)圖像，幾乎實時為消防人員提供了態(tài)勢感知能力。此次任務(wù)的完成也標志著美國聯(lián)邦航空局（FAA）首次批準民用無人機在國家空域內(nèi)執(zhí)行任務(wù)。 國外的技術(shù)有的雖然可靠，但需要借助高空衛(wèi)星，且施工太復(fù)雜；有的技術(shù)方案基礎(chǔ)實施投資太大，多達幾十萬美元，投入成本過高，這些難以滿足我國森林資源監(jiān)測的實際需要。2、國內(nèi)林業(yè)防火解決方案 本公司森林防火無人機預(yù)警系統(tǒng)，以國內(nèi)價格提供國際品質(zhì)的優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的森林防火系統(tǒng)。 該系統(tǒng)是以森林火情監(jiān)測為主， 將GPS技術(shù)、數(shù)字圖像傳輸技術(shù)等高新技術(shù)綜合應(yīng)用于森林資源管理中的高科技產(chǎn)品。該無人機系統(tǒng)有如下特點：1）自主知識產(chǎn)權(quán)，價格更便宜。2

6、）數(shù)字云臺結(jié)合GPS，火點精確定位；3）點哪飛哪，具備傻瓜式操作，一鍵式回收；4）清晰攝像頭，清晰成像，實時了解火險數(shù)據(jù)；5）即時監(jiān)控，可執(zhí)行夜航任務(wù)；6）無線數(shù)字傳輸，避免野外架線；7）快速轉(zhuǎn)移，可大范圍在森林區(qū)域進行防火偵察； 特別是在森林火災(zāi)發(fā)生時火場上空能見度極低，即使是航護飛機能達到火場上空，觀察員也無法詳細觀察到地面火場情況，而在這種情況下飛行又存著安全隱患。無人機能夠克服航護飛機的這一不足，通過搭載攝像設(shè)備和影像傳輸設(shè)備，可隨時執(zhí)行火警偵察和火場探測任務(wù)。地面人員通過接收來自無人機的微波信號，隨時掌握火場動態(tài)信息。無人機可以全天候地在空中對林區(qū)進行勘查，及時發(fā)現(xiàn)火情、報告火場位置

7、、采取行動將火災(zāi)消滅在初期；無人機配備彩色CCD 任務(wù)載荷，按預(yù)定航跡對林區(qū)進行空中巡查。并將空中巡查獲取的圖像數(shù)據(jù)實時傳回地面測控站，地面測控站將實時圖像通過網(wǎng)絡(luò)傳給防火值班部門。對于可疑點或區(qū)域，通過遙控指令可改變無人機飛行航跡及飛行高度進行詳查，詳查圖像通過無線鏈路實時傳回地面。對已出現(xiàn)火情的地區(qū)進行空中火情態(tài)勢觀察，使滅火指揮部門迅速有效地組織、布署滅火隊伍，提高滅火作戰(zhàn)效率，防止救火人員的傷亡。 無人機配備彩色CCD 任務(wù)載荷或紅外探測任務(wù)載荷可在距地面800 到2000米飛行高度對地面火場進行實時觀察，將獲取的圖像數(shù)據(jù)實時傳回地面。為地面消防部門第一時間提供火場地理坐標（經(jīng)、緯度）

8、、火場面積、火場邊界、火場蔓延趨勢等火場態(tài)勢情報，使消防部隊迅速調(diào)配人員進行重點區(qū)域滅火工作，及時通知消防人員撤離危險地區(qū)，并根據(jù)火場圖像資料為消防人員提供撤離路徑。 該套系統(tǒng)也可為一線消防隊伍配備地面便攜式圖像接收設(shè)備。無人機獲取的空中觀察火場圖像在機上通過廣播方式向地面發(fā)送，一線消防部隊可在火場的任何區(qū)域?qū)崟r接收到態(tài)勢圖像和數(shù)據(jù)，進一步提高消防部隊的消防效率。對已消滅明火的區(qū)域進行空中勘查，及時發(fā)現(xiàn)存在的暗火，有效地防止火災(zāi)復(fù)燃。依靠空中火情觀察人員的肉眼無法觀察到到火場暗火的情況。在過火面積較大時，采用地面人員查找暗火方式，要使用大量人員且不利于人員安全。無人機配備紅外探測任務(wù)設(shè)備，在過

9、火地區(qū)空中對地面進行紅外探測，紅外探測設(shè)備可穿透煙霧敏感到地表的溫度情況，采用制冷紅外探測任務(wù)設(shè)備可增加紅外探測距離、提高敏感溫度精度?？罩袩o人機使用紅外探測任務(wù)載荷可獲取火場區(qū)域完整的地面溫度分布狀態(tài)圖像，火場紅外探測圖像實時傳回地面。可使消防指揮及時了解滅火效果，及時調(diào)配消防人員對隱患點或區(qū)域進行重點防范消滅暗火。通過安裝彩色CCD 任務(wù)載荷的無人機對過火地區(qū)的空中觀測，可獲取森林火災(zāi)損毀評估的實時圖像，并可對重點區(qū)域獲取更為詳細的圖像數(shù)據(jù)。 可以看出，無人機的應(yīng)用重點解決在地面巡護無法顧及的偏遠地區(qū)發(fā)生林火的早期發(fā)現(xiàn)以及對重大森林火災(zāi)現(xiàn)場的各種動態(tài)信息的準確把握和及時了解，也可以解決飛機

10、巡護無法夜航、煙霧造成能見度降低無法飛行等問題。作為現(xiàn)有林業(yè)監(jiān)測手段的有力補充，無人機顯示出其它手段無法比擬的優(yōu)越性，在林業(yè)火災(zāi)的監(jiān)測、預(yù)防、撲救、災(zāi)后評估等方面必將得到廣泛的應(yīng)用。 同時，無人機系統(tǒng)也可用于人工增雨，其以使用簡便，機動性好，便于投放，又沒有人員安全的風險等特點而見長，因此特別適合森林防火作業(yè)中的人工增雨。無人機共攜帶10 枚增雨焰條，通過掛架掛載在機腹與起落架中間。飛行中點燃某枚焰條由地面遙控進行控制，并通過遙測信息顯示焰條是否已點的狀態(tài)。每次可同時根椐情況同時點燃多根發(fā)煙管。根據(jù)有人機人工降雨作業(yè)投放碘化銀數(shù)量與作業(yè)區(qū)域的關(guān)系，10枚增雨焰條的碘化銀含量即可滿足100 平方公里的人工降雨作業(yè)區(qū)域要求。當前我國的火情望、監(jiān)測體系不健全，火場通信聯(lián)絡(luò)不暢，防火道網(wǎng)密度過低，森林航空消防覆蓋面不廣，機源緊缺，缺乏夜航和低能見度條件的飛行能力，遠不能滿足實際工作需要。而無人機具有續(xù)航時間長、影像實時傳輸、高危地區(qū)探測，成本低、機動靈活等特點，對氣象的要求低，且沒有機場、飛行員及飛機保養(yǎng)等費用的支出，使用維護成本遠遠低于有人機。無人機作為當前林火監(jiān)測手段的有力補充，能夠在森林防火和森林消防等方面得到長足的發(fā)展。目前無人機在林業(yè)中的應(yīng)用尚處于初始階段，沒有形成規(guī)模，隨著無人機在林業(yè)