无人机在林业系统的应用

1、无人机用于森林防火的解决方案我国森林资源较为贫乏，森林覆盖率约为 13%fc右，人均森林占 有面积仅为世界平均值的1/6,但森林大火每年都有发生，如何解决 森林防火的问题，又成为林业工作的重中之重。目前，国外森林防火 中应用了较多的新技术和新设备，国内在此方面的应用需求也日益增 加，对森林保护的投入逐渐加大，先后运用卫星进行资源普查、森林 火场监视，而使用无人机系统对森林火情监测则还是初始阶段。无人机中低空监测系统具有机动快速、使用成本低、维护操作简 单等技术特点，具有对地快速实时巡察监测能力，是一种新型的中低 空实时电视成像和红外成像快速获取系统。在对车、人无法到达地带的资源环境监测、森林火

2、灾监测及救援指挥等方面具有其独特的优 势。林业是全国生态建设的主体，在保持经济和社会发展中有着不可 或缺的作用，在生物的进化过程中起着巨大的作用。 我国拥有森林面 积1.75亿公顷，森林蓄积量为124.56亿立方米，森林覆盖率为 18.21%,既是森林资源大国，又是森林火灾多发国家。国家林业局防 火办提供的资料表明，1950年-2007年，我国平均每年发生森林火灾 22566次，年均受害森林面积近97.75万公顷。为扑救林火耗费了大 量人力、物力和财力，森林火灾对森林资源和生态环境的破坏所造 成的损失难以估量。因此，如何将高科技手段应用到森林资源监测，对火情早发现、 早预报、早扑救，变有灾为无

3、灾、变大灾为小灾已成为森林防火工作 的一项迫在眉睫、亟待解决的重大课题。1、国际通常森林防火技术德国投入使用的Fire-Watch System森林火灾自动预警系统是一 种应用数码摄像技术的森林火灾自动预警系统，它能够及时识别与定位森林火灾，是当前全欧洲最新的技术。该系统经过了多年的实地试 验。2002年在勃兰登堡州、梅克伦堡-切波莫瑞州与萨克森州安装了 24套这种摄像系统以及7套第二代Fire-Watch装置，此后该林区共 发生了近120次森林火灾，没有一次漏报。Fire-Watch System 正常 监测半径10公里，最远可达40 km,安装该系统每套需7.5万欧元。美国利用“大地”卫星

4、在离地面大约 705公里的轨道上绕地球 运转，探测地面上的高温地区、浓烟地带以及火灾遗址。美国使用驾 驶林火预警飞机进行24小时监测，虽获得了成功，但耗费了巨额资 金。加拿大采用从卫星上发射电磁射线检测林区温度，当检测出林区局部温度上升到150c200C,红外线波长达3.7微米时，便是火灾 前兆，立即测定具体温度，采取措施及时防火。同时，加拿大林区采 用多架配备先进的直升飞机轮流监测森林火灾，飞行费每小时需 5000-6000 欧元。2006 年10月，美国航空航天局（NASA和美国林业局在加州 使用“牵牛星（Altair ） ”无人机在森林大火上空进行了两次飞行。 使用NASA艾姆斯研究中心

5、提供的红外扫描器查明了主要火灾点，并 将数据发送给地面站，大约每隔30分钟就向地面中继传输火灾图像， 几乎实时为消防人员提供了态势感知能力。 此次任务的完成也标志着 美国联邦航空局（FAA）首次批准民用无人机在国家空域内执行任务。国外的技术有的虽然可靠，但需要借助高空卫星，且施工太复杂; 有的技术方案基础实施投资太大，多达几十万美元，投入成本过高， 这些难以满足我国森林资源监测的实际需要。2、国内林业防火解决方案本公司"森林防火无人机预警系统"，以国内价格提供国际品质的优质、稳定的森林防火系统。该系统是以森林火情监测为主，将GP皱术、数字图像传输技术等高新技术综合应用于森林

6、资源管理中的高科技产品。该无人机系统有如下特点：1）自主知识产权，价格更便宜。2）数字云台结合GPS火点精确定位；3）点哪飞哪，具备傻瓜式操作，一键式回收；4）清晰摄像头，清晰成像，实时了解火险数据；5）即时监控，可执行夜航任务；6）无线数字传输，避免野外架线；7）快速转移，可大范围在森林区域进行防火侦察;特别是在森林火灾发生时火场上空能见度极低，即使是航护飞机 能达到火场上空，观察员也无法详细观察到地面火场情况， 而在这种 情况下飞行又存着安全隐患。无人机能够克服航护飞机的这一不足， 通过搭载摄像设备和影像传输设备，可随时执行火警侦察和火场探测 任务。地面人员通过接收来自无人机的微波信号，

7、随时掌握火场动态 信息。无人机可以全天候地在空中对林区进行勘查，及时发现火情、 报告火场位置、采取行动将火灾消灭在初期；无人机配备彩色CCD任 务载荷，按预定航迹对林区进行空中巡查。 并将空中巡查获取的图像 数据实时传回地面测控站，地面测控站将实时图像通过网络传给防火 值班部门。对于可疑点或区域，通过遥控指令可改变无人机飞行航迹 及飞行高度进行详查，详查图像通过无线链路实时传回地面。 对已出 现火情的地区进行空中火情态势观察，使灭火指挥部门迅速有效地组 织、布署灭火队伍，提高灭火作战效率，防止救火人员的伤亡。无人机配备彩色CCD任务载荷或红外探测任务载荷可在距地面 800到2000米飞行高度对

8、地面火场进行实时观察，将获取的图像数 据实时传回地面。为地面消防部门第一时间提供火场地理坐标（经、 纬度）、火场面积、火场边界、火场蔓延趋势等火场态势情报，使消防部队迅速调配人员进行重点区域灭火工作，及时通知消防人员撤离 危险地区，并根据火场图像资料为消防人员提供撤离路径。该套系统也可为一线消防队伍配备地面便携式图像接收设备。无人机获取的空中观察火场图像在机上通过广播方式向地面发送，一线消防部队可在火场的任何区域实时接收到态势图像和数据，进一步提 高消防部队的消防效率。对已消灭明火的区域进行空中勘查， 及时发 现存在的暗火，有效地防止火灾复燃。依靠空中火情观察人员的肉眼 无法观察到到火场暗火的

9、情况。在过火面积较大时，采用地面人员查 找暗火方式，要使用大量人员且不利于人员安全。无人机配备红外探 测任务设备，在过火地区空中对地面进行红外探测， 红外探测设备可 穿透烟雾敏感到地表的温度情况，采用制冷红外探测任务设备可增加 红外探测距离、提高敏感温度精度。空中无人机使用红外探测任务载 荷可获取火场区域完整的地面温度分布状态图像， 火场红外探测图像 实时传回地面。可使消防指挥及时了解灭火效果， 及时调配消防人员 对隐患点或区域进行重点防范消灭暗火。通过安装彩色CCD任务载荷的无人机对过火地区的空中观测，可获取森林火灾损毁评估的实时 图像，并可对重点区域获取更为详细的图像数据。可以看出，无人机

10、的应用重点解决在地面巡护无法顾及的偏远地 区发生林火的早期发现以及对重大森林火灾现场的各种动态信息的 准确把握和及时了解，也可以解决飞机巡护无法夜航、烟雾造成能见度降低无法飞行等问题。作为现有林业监测手段的有力补充， 无人机 显示出其它手段无法比拟的优越性，在林业火灾的监测、预防、扑救、 灾后评估等方面必将得到广泛的应用。同时，无人机系统也可用于人工增雨，其以使用简便，机动性好, 便于投放，又没有人员安全的风险等特点而见长，因此特别适合森林 防火作业中的人工增雨。无人机共携带 10枚增雨焰条，通过挂架挂 载在机腹与起落架中间。飞行中点燃某枚焰条由地面遥控进行控制， 并通过遥测信息显示焰条是否已

11、点的状态。 每次可同时根樨情况同时 点燃多根发烟管。根据有人机人工降雨作业投放碘化银数量与作业区 域的关系，10枚增雨焰条的碘化银含量即可满足 100平方公里的人 工降雨作业区域要求。当前我国的火情望、监测体系不健全，火场通 信联络不畅，防火道网密度过低，森林航空消防覆盖面不广，机源紧 缺，缺乏夜航和低能见度条件的飞行能力，远不能满足实际工作需要。 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，对气象的要求低，且没有机场、飞行员及飞机保养 等费用的支出，使用维护成本远远低于有人机。无人机作为当前林火 监测手段的有力补充，能够在森林防火和森林消防等方面得到长足的 发展。目前无人机在林业中的应用尚处于初始阶段，没有形成规模， 随着无人机在林