飛行觀察關(guān)鍵因素在福建航空護(hù)林中的應(yīng)用

王李銀

(福建省航空護(hù)林總站，福建 福州 350003)

福建境內(nèi)山地、丘陵占全省總面積的80%以上，森林資源豐富，森林覆蓋率連續(xù)42年全國第一。福建省航空護(hù)林總站，主要承擔(dān)全省范圍內(nèi)的森林航空消防和林業(yè)有害生物飛機(jī)防控工作，還承擔(dān)林火、森林資源、非法占用林地等的航空監(jiān)測工作?？傉居诿磕?月中旬至次年4月底的防火期租用航空護(hù)林直升機(jī)，依托福州竹岐直升機(jī)場和武夷山機(jī)場對全省大部分地區(qū)開展巡護(hù)飛行作業(yè)。

1 飛行觀察關(guān)鍵因素選擇

飛行觀察因素包括機(jī)場、航空護(hù)林飛行器、機(jī)載設(shè)備、地形圖、航線規(guī)劃、飛行觀察設(shè)備、無線WIFI、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、取水點(diǎn)、機(jī)降點(diǎn)、氣象、指揮調(diào)度綜合管理系統(tǒng)等。根據(jù)近幾年的實(shí)際應(yīng)用研究，基于航空護(hù)林飛行器、航線規(guī)劃、衛(wèi)星定位系統(tǒng)和福建航空護(hù)林指揮調(diào)度綜合管理系統(tǒng)這4個(gè)因素可以為航空護(hù)林作業(yè)構(gòu)建一個(gè)閉合的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，故本文選擇這4個(gè)因素作為關(guān)鍵因素進(jìn)行應(yīng)用分析。

2 航空護(hù)林飛行器

目前全國各地在航空護(hù)林中應(yīng)用的飛行器主要有M-26、K-32、M-171、M-8、As-350等型號直升機(jī)及固定翼飛機(jī)等。福建近年來共使用As-350、M-171、M-8、K-32等型號的護(hù)林直升機(jī)(表1、表2)。

表1 福建使用的不同型號直升機(jī)參數(shù)及性能對比

2.1 空中巡護(hù)

福建省航空護(hù)林巡護(hù)飛行真高在600 m左右，空中視野開闊，對森林火情、破壞林地等行為發(fā)現(xiàn)率高，監(jiān)測效果好。在林火發(fā)生時(shí)，可以快速偵查火頭數(shù)量、火線長度、火勢發(fā)展方向、火場面積大小、地面交通情況、主要林分等各項(xiàng)信息，精準(zhǔn)監(jiān)測火情。所使用的4種機(jī)型均可完成巡護(hù)任務(wù)。在巡航速度、續(xù)航時(shí)間和安全性能上，M-171和K-32優(yōu)勢明顯。

表2 2016—2020年各型號直升機(jī)飛行天數(shù) d

2.2 吊桶灑水滅火

使用直升機(jī)吊桶滅火，速度快，噴灑較為準(zhǔn)確，對水的利用率高，特別是地勢陡峭、地形復(fù)雜、地面撲火隊(duì)員難以到達(dá)的地方，優(yōu)勢更為明顯。近年來，福建省采用直升機(jī)直接灑水滅火案例共6起，基本以空中直接噴灑的方式撲滅或壓制猛烈燃燒的火頭火線，控制火勢發(fā)展，直至撲滅明火，較好地實(shí)現(xiàn)“打早打小打了”的撲火原則。采用吊桶灑水滅火，在最大載水量和吊桶取水效率方面，K32和M-171優(yōu)勢明顯(表1)。

2.3 機(jī)降滅火作戰(zhàn)演練

機(jī)降滅火強(qiáng)調(diào)速戰(zhàn)速決，適用于撲救初發(fā)火情，是森林航空消防空中優(yōu)勢的具體表現(xiàn)之一[1]。在飛行觀察員的指揮下，使用直升機(jī)可在較短時(shí)間內(nèi)將裝備齊全的撲火隊(duì)員空運(yùn)到火場指定位置，撲火隊(duì)員可省去路途勞累，保持體力，加快滅火速度。機(jī)降滅火直升機(jī)可載人量較大為宜。M-171和M-8的載人優(yōu)勢明顯。

福建省地處東南沿海，陣風(fēng)較大，境內(nèi)山地、丘陵比例高，地勢總體上西北高東南低，海拔落差較大。綜合福建的地理、氣候等具體情況，制定評分標(biāo)準(zhǔn)(表3)。其中巡航速度、續(xù)航時(shí)間、最大載水量、最大載人量等4項(xiàng)性能均指實(shí)際應(yīng)用性能；安全性以平均每航期起飛前故障發(fā)生數(shù)來衡量；成本以日租金來衡量。對航空器的各項(xiàng)性能進(jìn)行綜合評分(表4)，結(jié)果可見，M-171和K-32直升機(jī)安全性強(qiáng)、載水量大、取水效率高、巡護(hù)飛行速度快、載人數(shù)較多，最適用于福建省的航空護(hù)林作業(yè)。

表3 直升機(jī)性能評分標(biāo)準(zhǔn)

表4 不同型號直升機(jī)綜合評分

3 航線規(guī)劃

航空護(hù)林飛機(jī)飛行的路線稱為空中交通線，簡稱航線。航線確定了飛機(jī)的飛行具體方向、起飛點(diǎn)、轉(zhuǎn)點(diǎn)和降落點(diǎn)。每個(gè)航期開航前，福建航空護(hù)林總站均需要根據(jù)護(hù)林任務(wù)、森林資源分布、飛機(jī)性能、機(jī)場情況等統(tǒng)籌規(guī)劃若干條航空護(hù)林航線，報(bào)相關(guān)空管部門批準(zhǔn)后使用[2]。

3.1 覆蓋區(qū)域規(guī)劃

根據(jù)航空護(hù)林工作特點(diǎn)和實(shí)際飛行情況，航線規(guī)劃時(shí)首先要考慮覆蓋面。航線要覆蓋重點(diǎn)林區(qū)、重要森林景區(qū)、人員活動頻繁的林區(qū)及護(hù)區(qū)大部分地區(qū)。以表5航線為例，F(xiàn)j101主要覆蓋武夷山國家公園(重點(diǎn)林區(qū)、重要森林景區(qū))；Fj102主要覆蓋南平南部和福州西北部地區(qū)(重點(diǎn)林區(qū))；Fj103主要覆蓋南平西部和三明地區(qū)(重點(diǎn)林區(qū))；Fj104主要覆蓋福州西部及莆田地區(qū)(人員活動頻繁的林區(qū))；Fj105主要覆蓋福州東部(人員活動頻繁的林區(qū))；Fj106主要覆蓋寧德地區(qū)(重點(diǎn)林區(qū))；Fj107主要覆蓋南平東部和寧德西部(重點(diǎn)林區(qū))；Fj108主要覆蓋福州周邊地區(qū)鼓山等地(重點(diǎn)林區(qū)、重要森林景區(qū)、人員活動頻繁的林區(qū))；Fj109主要覆蓋泉州及龍巖東北部地區(qū)(重點(diǎn)林區(qū))；Fj110主要覆蓋泉州地區(qū)(重點(diǎn)林區(qū)、重要森林景區(qū)、人員活動頻繁的林區(qū))；Fj111主要覆蓋莆田、泉州和漳州部分地區(qū)(重點(diǎn)林區(qū)、人員活動頻繁的林區(qū))。

根據(jù)空域使用優(yōu)先順序，航空護(hù)林直升機(jī)日常巡護(hù)飛行航線規(guī)劃時(shí)需避讓軍民航飛行，并盡量避開跨越空管分區(qū)。福建空管分區(qū)主要分福州和廈門兩個(gè)區(qū)，以莆田、三明、泉州連接線為分界線。航線跨越空管分區(qū)，飛行沖突會更多，審批部門更多，程序更復(fù)雜，航線飛行審批效率就會下降，其至很難獲得批準(zhǔn)。此外，還要盡量避開不宜進(jìn)入空域，如大城市上空、軍事設(shè)施附近等其他禁飛空域。

3.2 航線長度設(shè)計(jì)

航線長度指航線上每個(gè)航段長度的總和。由于不同航空護(hù)林飛行器巡護(hù)航程不一樣，航線長度規(guī)劃時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注機(jī)型[2]，充分考慮福建省使用的各型號直升機(jī)的實(shí)際巡護(hù)航程，以及起飛時(shí)間和返航落地時(shí)間等限制?？紤]到實(shí)際作業(yè)時(shí)，直升機(jī)需要進(jìn)行盤旋觀察、飛行避讓等，故每次飛行需扣除的0.5 h作業(yè)耗時(shí)，因此續(xù)航時(shí)間不宜超過3 h。綜合各因素，福建省航空護(hù)林航線長度理論設(shè)計(jì)不宜超過540 km。

表5 福州竹岐基地航線規(guī)劃及2016—2019年度飛行情況

根據(jù)近幾年的飛行實(shí)踐，航空護(hù)林飛行受天氣、空管等各種因素影響，實(shí)際每架次可飛行時(shí)間約為1.5～2.5 h。綜合表6中的實(shí)際批復(fù)飛行次數(shù)，規(guī)劃航線長度以170～350 km為最佳。綜合以上因素，近年規(guī)劃最佳航線為Fj104、Fj105、Fj106、Fj108。

4 衛(wèi)星定位系統(tǒng)

4.1 領(lǐng)航

衛(wèi)星定位系統(tǒng)未應(yīng)用前，航空護(hù)林飛行主要依靠目視飛行，機(jī)組人員需要花費(fèi)大量時(shí)間在地形圖上把飛行航線上的每個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn)標(biāo)注出來。在實(shí)際飛行中，主要依靠羅盤和地標(biāo)目測確定位置，飛行員要花費(fèi)大量的精力定位地標(biāo)，一定程度上影響了飛行安全。此外，航空護(hù)林巡護(hù)作業(yè)區(qū)域大，基本每次飛行都會跨越2～3個(gè)地市，在能見度低或者開展航空護(hù)林滅火作業(yè)時(shí)容易偏航甚至迷航。使用衛(wèi)星定位系統(tǒng)可不受能見度影響，定位準(zhǔn)確，誤差小，對規(guī)劃好的航線領(lǐng)航效果非常好，基本不會發(fā)生偏航或迷航現(xiàn)象。

4.2 確定火場位置

使用航空護(hù)林直升機(jī)監(jiān)測林火，視野開闊，不受地形限制，無死角和盲區(qū)，觀察林火、監(jiān)測火場要素高效、準(zhǔn)確。在衛(wèi)星定位系統(tǒng)未應(yīng)用前，飛行觀察員依靠地形圖定位火場位置，對照地面地標(biāo)，然后按照地形圖上標(biāo)注的經(jīng)緯度，用尺子測量后按比例測算確定火場位置。由于福建飛行觀察使用的是1∶200 000的地形圖，測算和經(jīng)緯度誤差通常在±300～500 m。飛行觀察員確定火場位置耗時(shí)5 min以上，導(dǎo)致收集火場要素的時(shí)間不足，一定程度上影響了火場偵察結(jié)果。使用衛(wèi)星定位系統(tǒng)后，飛行觀察員只要在飛行終端上安裝衛(wèi)星定位軟件就可以實(shí)時(shí)記錄飛機(jī)所在位置。偵察火場時(shí)，只要到達(dá)火場上空衛(wèi)星定位軟件就能迅速定位，耗時(shí)不足1 min，且可以精確讀取經(jīng)緯度，誤差一般僅為±15 m。

4.3 勾繪火場示意圖

發(fā)生林火時(shí)或林火撲滅后，要準(zhǔn)確了解火場的面積、形狀，最直觀的就是勾繪火場示意圖。在衛(wèi)星定位系統(tǒng)未應(yīng)用前，勾繪火場示意圖都是由飛行觀察員在飛機(jī)繞火場飛行時(shí)根據(jù)地標(biāo)確定幾個(gè)位置的經(jīng)緯度，然后在地形圖上進(jìn)行標(biāo)注，再按比例尺測算火場面積，平均耗時(shí)20～30 min。使用衛(wèi)星定位系統(tǒng)后，飛機(jī)繞火場飛行時(shí)，每間隔一定的距離選一個(gè)點(diǎn)定位經(jīng)緯度，在特殊的地段多定幾個(gè)點(diǎn)位，然后在衛(wèi)星定位軟件中將定位的點(diǎn)連接起來，就能快速準(zhǔn)確勾繪出火場示意圖并測算火場面積，平均耗時(shí)僅5～10 min，使用高效便捷，可節(jié)約大量的時(shí)間。

5 航空護(hù)林指揮調(diào)度綜合管理系統(tǒng)

5.1 數(shù)據(jù)庫

福建省航空護(hù)林總站于2018年建設(shè)了福建省航空護(hù)林指揮調(diào)度綜合管理系統(tǒng)，于2020年投入使用。福建航空護(hù)林?jǐn)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括了空間數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等。具體包括行政地名、道路、山名、取水點(diǎn)、野外臨時(shí)停降點(diǎn)、直升機(jī)飛行航線、實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)、歷史軌跡數(shù)據(jù)及各類文檔資料、歷史統(tǒng)計(jì)報(bào)表、圖表等數(shù)據(jù)(圖1)。

圖1 福建航空護(hù)林指揮調(diào)度綜合管理系統(tǒng)架構(gòu)

5.2 航空護(hù)林指揮調(diào)度子系統(tǒng)

福建航空護(hù)林指揮調(diào)度子系統(tǒng)主要提供直升機(jī)的航護(hù)、航管和調(diào)度功能，滿足飛行規(guī)劃、指揮調(diào)度、日常業(yè)務(wù)管理、現(xiàn)場拍照取證等業(yè)務(wù)需求，提高應(yīng)急指揮能力和決策準(zhǔn)確性。

5.3 航空護(hù)林APP

福建航空護(hù)林APP是數(shù)據(jù)采集功能的移動終端，具有航空護(hù)林圖像、視頻的采集、上傳功能，能與指揮調(diào)度綜合管理系統(tǒng)進(jìn)行集成。在飛行作業(yè)時(shí)，飛行觀察員將航空護(hù)林APP安裝在飛行觀察終端上，巡護(hù)飛行時(shí)，實(shí)時(shí)將飛機(jī)位置、巡護(hù)軌跡及圖像視頻拍攝等信息傳回航空護(hù)林指揮調(diào)度綜合管理系統(tǒng)，飛行作業(yè)結(jié)束時(shí)，飛行觀察員通過APP上報(bào)飛行情況，系統(tǒng)可生成飛行報(bào)表并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總。

當(dāng)有林火發(fā)生時(shí)，只要確定火場位置，飛行調(diào)度員就能從數(shù)據(jù)庫中提取最近的取水點(diǎn)、野外臨時(shí)停降點(diǎn)、離林火最近的航線等信息，根據(jù)火場位置快速規(guī)劃出最近的臨時(shí)航線，快速申報(bào)飛行計(jì)劃，為直升機(jī)參與防滅火爭取大量時(shí)間。領(lǐng)導(dǎo)可在指揮調(diào)度綜合管理系統(tǒng)看到飛機(jī)的實(shí)時(shí)位置、飛行軌跡等信息，還可以通過飛行觀察員拍攝的視頻或圖片，對森林防滅火作業(yè)進(jìn)行指揮調(diào)度，及時(shí)將滅火任務(wù)下達(dá)至飛行觀察員，有效提高飛行作業(yè)效率。

在未使用航空護(hù)林指揮調(diào)度綜合管理系統(tǒng)前，飛機(jī)位置、巡護(hù)軌跡及圖像視頻拍攝等信息均要通過第三方軟件傳回，相關(guān)飛行數(shù)據(jù)靠人工錄入?yún)R總，耗時(shí)大且易發(fā)生差錯(cuò)。使用航空護(hù)林指揮調(diào)度綜合管理系統(tǒng)后，相關(guān)信息傳輸方便，數(shù)據(jù)匯總準(zhǔn)確，查詢方便，指揮調(diào)度更加直接，實(shí)用性更好。

6 結(jié)語

初步應(yīng)用研究表明，K-32和M-171直升機(jī)在福建航空護(hù)林中的適用性最強(qiáng)，航線長度170～350 km最佳，近年規(guī)劃的最佳航線為Fj104、Fj105、Fj106、Fj108。使用衛(wèi)星定位系統(tǒng)在航空護(hù)林作業(yè)領(lǐng)航、定位和勾繪火場示意圖等方面應(yīng)用便捷高效，精確度高。福建省航空護(hù)林指揮調(diào)度綜合管理系統(tǒng)在福建省的航空護(hù)林工作中具有較好的實(shí)用性。隨著科技的不斷進(jìn)步，今后還可以進(jìn)一步探索綜合性能更好的飛行器，結(jié)合實(shí)踐優(yōu)化航線和航空護(hù)林指揮調(diào)度綜合管理系統(tǒng)，以取得更佳的航空護(hù)林效果。