無人機直播在森林防火巡檢中的應(yīng)用分析

(甘肅交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州，730070)

1 研究背景

2 無人機直播應(yīng)用于森林防火巡檢的具體實施

無人機作為一種飛行器，可由飛控人員遠(yuǎn)程對其進(jìn)行操控航行。以無人機為平臺，其上可搭載一些設(shè)備和系統(tǒng)，能實現(xiàn)對相關(guān)區(qū)域遠(yuǎn)程偵察，將現(xiàn)場畫面和設(shè)備運行數(shù)據(jù)實時傳到監(jiān)控中心，后臺通過客戶端即可查看實時視頻并與現(xiàn)場互動并下達(dá)指示。無人機航拍直播等相關(guān)技術(shù)正是一種實現(xiàn)林業(yè)巡檢、森林監(jiān)測的新技術(shù)手段。應(yīng)用于森林巡檢的無人機直播平臺可選擇輕型無人機系列，考慮到森林防火巡查的特殊性，可在無人機上搭載高清變焦可見光相機系統(tǒng)、熱紅外攝像儀、數(shù)傳系統(tǒng)、高清圖傳系統(tǒng)等。通過無人機搭載高清攝像頭、音頻模塊以及網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，進(jìn)行實時視頻和音頻數(shù)據(jù)的傳輸，再通過網(wǎng)絡(luò)圖傳系統(tǒng)將視頻、音頻數(shù)據(jù)傳回林業(yè)部門視頻監(jiān)控中心，實現(xiàn)機動靈活的視頻監(jiān)控，從而提升巡檢等工作效率，保障人員的安全。

2016年3月20日發(fā)生于云南省澄江縣與昆明市陽宗鎮(zhèn)交界的森林火災(zāi)使得呈貢區(qū)境內(nèi)有兩座山頭過火，蔓延至昆明市陽宗海風(fēng)景名勝區(qū)。澄江縣地處三湖生態(tài)城市群、撫仙湖—星云湖生態(tài)建設(shè)與旅游改革發(fā)展綜合試驗區(qū)，近年來對專業(yè)消防隊進(jìn)行規(guī)范建制、明確工作職責(zé)、加強隊伍培訓(xùn)演練的同時，也對森林防火巡檢手段進(jìn)行了提升，加強了設(shè)施設(shè)備的投入配置等。該縣森林防火部門于2018年底引入無人機直播技術(shù)進(jìn)行森林防火巡查，并制定出技術(shù)實施方案。該方案通過遙控器、軍工級智能地面站對無人機進(jìn)行飛行控制。通過高清圖像傳輸系統(tǒng)可將林區(qū)的監(jiān)控視頻實時傳回地面站、指揮中心，第一時間為指揮部門提供有效的現(xiàn)場信息。無人機直播案例實施過程分析如下。

2.1 現(xiàn)場勘查

利用Google Earth影像圖對巡檢作業(yè)地點分區(qū)進(jìn)行模擬，并進(jìn)行現(xiàn)場勘查（圖1）。

圖1 無人機巡檢作業(yè)地點分區(qū)模擬圖

2.2 規(guī)劃航線

對林區(qū)進(jìn)行區(qū)域任務(wù)劃分，并對劃分的區(qū)域進(jìn)行航線規(guī)劃，也可以提前完成規(guī)劃，到達(dá)現(xiàn)場后直接導(dǎo)入無人機中進(jìn)行外業(yè)飛行。

2.3 外業(yè)飛行數(shù)據(jù)采集

結(jié)合地面站與飛控手的控制（圖2），無人機配備可見光任務(wù)載荷或高清圖傳系統(tǒng)可在距地面10到1000米飛行高度對地面火場進(jìn)行實時觀察，在規(guī)劃的航線進(jìn)行航拍，采集林區(qū)態(tài)勢情報。

圖2 無人機外業(yè)飛行地面站

2.4 視頻實時回傳

無人機采集的視頻音頻信息，可接入林業(yè)監(jiān)控專網(wǎng)，與原有的監(jiān)控、指揮系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)對無人機視頻信號的實時查看、存儲和回放，具有圖像傳輸、數(shù)據(jù)交互、遠(yuǎn)程控制、網(wǎng)絡(luò)共享等功能，供各級指揮機關(guān)調(diào)用（圖3）。

圖3 無人機航拍視頻實時回傳至指揮中心

3 無人機直播應(yīng)用于森林防火巡檢的實施分析與評價

3.1 分析與評價

3.1.1 簡捷便利

應(yīng)用無人機直播技術(shù)進(jìn)行森林防火巡檢相對于傳統(tǒng)人工巡檢、載人飛機航拍等工作模式，更好地體現(xiàn)出工作方便、設(shè)備操作靈活等特色，無人機直播航拍巡檢受空間影響較小，成本較低，飛行速度、方向可以變化，結(jié)合地面站設(shè)備與飛控手按規(guī)劃的航線進(jìn)行航拍，便可進(jìn)行林場情報數(shù)據(jù)的采集。在飛行速度要求較低的情況下，無人機飛控直播是森林防火巡檢的最佳選擇。

3.1.2 時效性高

鍍銀層具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和焊接性能，被廣泛應(yīng)用在高質(zhì)量傳感、精密機械、現(xiàn)代電子等領(lǐng)域。但鍍銀產(chǎn)品多數(shù)都采用含氰化物的工藝。雖然該工藝成熟穩(wěn)定，且鍍層品質(zhì)優(yōu)良，但是氰化物的毒性大，嚴(yán)重?fù)p害從業(yè)人員的健康，所以無氰鍍銀工藝的研究與推廣具有重要意義。

無人機直播巡檢所用輕型無人機系列體型小巧，可以隨時進(jìn)行飛控直播，無需特殊的準(zhǔn)備，硬件搭建和配置相對簡單，短時間內(nèi)即可實現(xiàn)直播拍攝，并隨拍隨傳，使指揮中心在第一時間獲得林區(qū)實時的視頻、音頻信息。利用無人機平臺、高清4G圖傳系統(tǒng)、無人機測繪等技術(shù)系統(tǒng)，實現(xiàn)了案例地區(qū)林場動態(tài)高清音視頻的回傳。如若發(fā)現(xiàn)火情，能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)指揮部應(yīng)急指揮、高效應(yīng)急測繪等功能，能夠第一時間為地面消防部門提供火場地理坐標(biāo)（經(jīng)緯度）、火場邊界、火場面積甚至火場蔓延趨勢等火場態(tài)勢情報，從而使得森林防火隊合理調(diào)配人員，迅速到達(dá)火場進(jìn)行重點區(qū)域滅火工作，能夠在火場環(huán)境變化情況下及時根據(jù)圖像資料反饋于作業(yè)人員，并提供安全便捷撤離路徑保障消防人員撤離危險地區(qū)。通過可見光任務(wù)載荷的無人機還可獲取森林火災(zāi)損毀評估的實時圖像，對過火地區(qū)的空中觀測能夠獲取重點區(qū)域更詳細(xì)的圖像數(shù)據(jù)，這為林業(yè)防火巡檢、應(yīng)急救災(zāi)等工作提供了有力保障。

3.1.3 針對性強

采用傳統(tǒng)載人飛機的方式獲取森林巡檢信息的手段在一定程度上能滿足實時監(jiān)測的需求，改善了時效性差等問題，但其工作條件受制于環(huán)境，在環(huán)境惡劣或發(fā)生森林火災(zāi)的情況下飛行安全會受到嚴(yán)重威脅，而且維護(hù)成本較高，不能滿足林業(yè)的日?；芾?。而輕型無人機系列飛行高度和飛行范圍便于控制，可以靈活調(diào)整拍攝區(qū)域，增強拍攝的針對性。多個無人機協(xié)同工作，可以實現(xiàn)拍攝主體與細(xì)節(jié)相互映襯、相得益彰。航拍應(yīng)用入門較低，能對重大自然災(zāi)害、突發(fā)事件進(jìn)行直播。無人機航拍不受地面場地條件限制，可提升林區(qū)防火救災(zāi)的效率。

3.1.4 可實現(xiàn)遠(yuǎn)程指揮

無人機采集的音視頻信息通過加密微波無線專網(wǎng)傳輸至地面接收機或集成式地面站，再通過有線、4G或衛(wèi)星通道傳送至指揮中心，連入林業(yè)監(jiān)控專網(wǎng)或林業(yè)指揮系統(tǒng)。采集的信息也可直接接入用戶的專有網(wǎng)絡(luò)，人員可靈活、可靠地進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問及調(diào)度。通過專用網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)無人機遠(yuǎn)程控制，在幾千公里外甚至更遠(yuǎn)的指揮中心實現(xiàn)無人機畫面實時查看及無人機實時操控，可在省市及國家林業(yè)部門調(diào)看現(xiàn)場圖像并控制無人機飛行，實現(xiàn)遠(yuǎn)程互動與指揮。

3.2 待解決的問題

3.2.1 技術(shù)性問題

首先，無人機技術(shù)是無人機直播的重要依托，但其自身還存在一些短板，比如機用電池續(xù)航能力問題，直播現(xiàn)場信號強弱問題，以及由于直播平臺推流方式不同造成的直播延時等問題。其次，直播所采用的輕型無人機系列的飛行狀態(tài)會受到天氣等環(huán)境的影響，比如無人機飛行的穩(wěn)定性會被突然的天氣環(huán)境變化影響，此外，雨天進(jìn)行無人機飛行及航拍也會對直播產(chǎn)生一定的影響。但是，任何技術(shù)性問題都會隨著實踐及科技的發(fā)展而逐步解決。隨著5G時代的到來，無人機直播音視頻信息也終將突破延時等問題，直播質(zhì)量也會實現(xiàn)超高清。

3.2.2 法規(guī)性問題

2017年，國務(wù)院、中央軍委空中交通管制委員會、公安部、民航局等陸續(xù)出臺了無人機飛行管理法規(guī)，包括《無人駕駛航空器專項整治方案》《全國公安機關(guān)開展“低小慢”航空器專項整治行動工作方案》《民用無人駕駛航空器實名制登記管理規(guī)定》等。這些法規(guī)的出臺標(biāo)志著無人機的使用正逐步走向規(guī)范化，在某些方面也對無人機在行業(yè)中的正常使用形成了制約。但技術(shù)的進(jìn)步會倒逼政府政策的調(diào)整，美國無人機法規(guī)這些年的調(diào)整趨勢正說明了這點，無人機使用的法規(guī)性問題會逐步合理化解決。

4 總結(jié)與展望

在無人機上搭載高清攝像頭、音頻模塊以及網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊形成的無人機直播平臺，應(yīng)用于區(qū)域森林防火巡檢方面的方案實施與分析，表明了無人機直播技術(shù)在林業(yè)巡檢工作中起到重要的輔助作用。當(dāng)消防人員開始巡查工作時，將巡查現(xiàn)場視頻實時傳輸至系統(tǒng)監(jiān)控中心，在巡邏工作過程中，消防人員能夠通過圖傳系統(tǒng)記錄現(xiàn)場畫面，如有需要，監(jiān)控中心可開啟音視頻的實時傳輸；當(dāng)森林防火巡檢遇到緊急突發(fā)事件或基層人員無法解決的問題時，巡查人員可以通過圖傳系統(tǒng)向監(jiān)控中心報警求助，上級部門的執(zhí)法處理意見和調(diào)度指令可對現(xiàn)場人員進(jìn)行實時傳遞，指導(dǎo)現(xiàn)場執(zhí)法工作，及時有效處理突發(fā)事件和復(fù)雜事件，從而保障森林消防工作的順利完成。使用無人機直播技術(shù)在對交通條件差、危險性高的地區(qū)進(jìn)行可燃物調(diào)查、野外火源監(jiān)控、森林防火巡護(hù)、森林火災(zāi)撲救指揮和災(zāi)后調(diào)查評估等方面都具有重要意義。所有新生事物的發(fā)展都會經(jīng)歷逐步發(fā)展成熟的過程。盡管無人機直播目前還存在一些待完善的問題，但是瑕不掩瑜，隨著技術(shù)進(jìn)步、時代發(fā)展與長期有效實踐，這些問題會得到有效解決。