一、應(yīng)用場(chǎng)景
森林消防巡檢是林業(yè)管理中必不可少的一部分。目前國(guó)內(nèi)大部分林業(yè)部門依舊采用人工巡檢的方式進(jìn)行林業(yè)巡檢。而傳統(tǒng)人工巡檢方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，且信息獲取不準(zhǔn)確，而衛(wèi)星對(duì)森林資源的信息獲取，由于獲取周期長(zhǎng)，時(shí)效性差，無法滿足實(shí)時(shí)監(jiān) 控的需求。傳統(tǒng)載人飛機(jī)改善了時(shí)效性差、人工巡檢的問題，基本滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求，但在森林火災(zāi)等環(huán)境惡劣的環(huán)境下，飛行安全將會(huì)受到嚴(yán)重威脅，且其受環(huán)境、 空域等影響較大，維護(hù)成本較高，不能滿足林業(yè)的日常化管理。尋求一門新的高科技 手段應(yīng)用到森林資源監(jiān)測(cè)、森林防火及林業(yè)執(zhí)法中，已成為林業(yè)管理的一項(xiàng)迫在眉睫、亟待解決的重大課題。
目前運(yùn)用無人機(jī)執(zhí)行消防巡檢任務(wù)，是眾多方案中可實(shí)施性與執(zhí)行效果頗有保障的一種方式，該方案可以通過遙控器、智能地面站對(duì)無人機(jī)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(shí)時(shí)傳回地面站、指揮中心，第一時(shí)間為指揮部門提供有效的現(xiàn)場(chǎng)信息。同時(shí)決策者可以在云端對(duì)無人機(jī)進(jìn)行控制并發(fā)布指揮命令。
二、設(shè)備選型
市場(chǎng)上民用無人機(jī)種類繁多，實(shí)現(xiàn)功能各不相同，性能也是參差不齊。為保障無人機(jī)森林防火巡檢方案的執(zhí)行效果，無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)備選型尤為重要，下面先把不同種類的無人機(jī)機(jī)型主要優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析：
1、四軸、六軸、八軸多旋翼無人機(jī)
優(yōu)點(diǎn)：多旋翼無人機(jī)優(yōu)點(diǎn)鮮明，起飛準(zhǔn)備時(shí)間短，起飛降落不受地形限制，可隨時(shí)起降；可靜止懸停空中，對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行更精準(zhǔn)更細(xì)微的偵察；載重能力出色，普遍多旋翼無人機(jī)可達(dá)到6-10公斤的設(shè)備掛載重量，可以搭載更多樣化的儀器設(shè)備完成作業(yè)任務(wù)。
缺點(diǎn)：多旋翼無人機(jī)缺點(diǎn)不多，但唯一的缺點(diǎn)也十分突兀，那就是續(xù)航時(shí)間短。礙于鋰電池特性，大多數(shù)多旋翼無人機(jī)，普遍續(xù)航時(shí)間30-45分鐘，還是在空載的情況下，滿載作業(yè)設(shè)備的情況下飛行時(shí)間還會(huì)更短。市場(chǎng)上不乏宣傳能飛一個(gè)小時(shí)的多旋翼，但要么是名不符實(shí)夸大宣傳，要么是飛機(jī)增加機(jī)身體積增加電池，顯得十分笨重，不利于操作和維護(hù)，危險(xiǎn)性大增。
2、固定翼無人機(jī)
固定翼無人機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)正好和多旋翼相反，因機(jī)身固定翼滑翔原理，節(jié)省動(dòng)力，單次起飛續(xù)航時(shí)間可達(dá)到60-100分鐘。但固定翼載重能力欠缺，且起飛降落是個(gè)很大問題，跑道起飛對(duì)場(chǎng)地有要求，拋投彈射也是額外增加工作負(fù)擔(dān)，降落通過傘降位置不夠精準(zhǔn)，回收工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
3、垂直起降固定翼無人機(jī)
最后介紹一下目前市場(chǎng)主流的新型無人機(jī)，垂直起降固定翼無人機(jī)。顧名思義，結(jié)合了多旋翼與固定翼的雙重優(yōu)勢(shì)，保證飛行續(xù)航時(shí)間極大提升的同時(shí)，載荷能力相對(duì)固定翼有提升，且起飛降落可以達(dá)到和多旋翼同樣的效果。固定翼無人機(jī)是目前大面積航拍巡檢作業(yè)包括森林消防應(yīng)用，最適合的一款機(jī)型。
·續(xù)航時(shí)間可達(dá)90-120分鐘；
·支持單光、雙光、光學(xué)變焦及熱成像載荷相機(jī)；
·抗風(fēng)性能出色；
·快速展開，垂直起飛降落；
·巡航速度可達(dá)100km/h；
·巡檢范圍最遠(yuǎn)可達(dá)半徑30km；
接下來對(duì)于無人機(jī)動(dòng)力方式也做分析：
垂起固定翼無人機(jī)動(dòng)力方式，分為純電與油電兩種。以上所描述的性能參數(shù)均是純電動(dòng)無人機(jī)能達(dá)到的實(shí)際效果。而油電無人機(jī)能夠在續(xù)航時(shí)間上有極大的提升，普遍油電混合的無人機(jī)飛行續(xù)航時(shí)間都在3-4個(gè)小時(shí)左右。但是油電混合的缺點(diǎn)也比較明顯，首先是購(gòu)買成本高出電動(dòng)50%左右，其次設(shè)備維護(hù)難，由于機(jī)身加裝油箱和發(fā)動(dòng)機(jī)，使得維護(hù)難度上升，且發(fā)動(dòng)機(jī)本身故障率要比純電設(shè)備高出好幾倍，維修成本大大提升；
最重要的是如果將無人機(jī)應(yīng)用到森林消防領(lǐng)域，可以說油動(dòng)設(shè)備是非常不合適且危險(xiǎn)的，一旦發(fā)生事故墜機(jī)，油動(dòng)設(shè)備極易造成明火，造成事與愿違的結(jié)果。而純電設(shè)備即使墜機(jī)，通常情況也不會(huì)造成明火，畢竟現(xiàn)在的智能電池安全系數(shù)已經(jīng)到了一個(gè)比較高的水平。
無人機(jī)選型總結(jié)：
經(jīng)過分析各類無人機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合森林消防巡檢應(yīng)用范圍廣、作業(yè)時(shí)長(zhǎng)的需求特點(diǎn)，推薦選用垂直起降固定翼無人機(jī)進(jìn)行森林消防巡檢作業(yè)。
三、設(shè)備部署
設(shè)備部署要考慮到森林防護(hù)面積，地貌特點(diǎn)，以及周邊環(huán)境分析來最終確定設(shè)備數(shù)量和據(jù)點(diǎn)位置的選取。
根據(jù)無人機(jī)飛行性能、特點(diǎn)、作業(yè)范圍等信息，并以據(jù)點(diǎn)小組為單位，綜合考慮建議每個(gè)據(jù)點(diǎn)選取無人機(jī)設(shè)備的方案組合如下：
受限于無人機(jī)最大作業(yè)半徑距離，所以作業(yè)范圍的大小影響據(jù)點(diǎn)小組的數(shù)量。作業(yè)時(shí)長(zhǎng)影響小組無人機(jī)設(shè)備的數(shù)量。
據(jù)點(diǎn)選址環(huán)境要空曠，或者是建筑物制高點(diǎn)，保障無人機(jī)通信情況的良好。
現(xiàn)階段無人機(jī)智能化作業(yè)可達(dá)到的實(shí)際效果：
無人機(jī)發(fā)展到現(xiàn)階段，可實(shí)現(xiàn)的智能化效果有必要進(jìn)行強(qiáng)調(diào)。無人值守，全天24小時(shí)完全脫離人為干預(yù)的巡檢系統(tǒng)過于超前，目前僅有處于試驗(yàn)階段的無人值守系統(tǒng)是基于多旋翼無人機(jī)研發(fā)，且巡檢范圍小，安全作業(yè)穩(wěn)定性沒有任何數(shù)據(jù)考證，設(shè)備成本高的離譜，用于大面積森林消防巡檢實(shí)屬不現(xiàn)實(shí)。
目前可實(shí)現(xiàn)的作業(yè)方式，是由專業(yè)飛手或經(jīng)過培訓(xùn)的操作人員，通過地面站設(shè)備，向無人機(jī)發(fā)送航線飛行指令后，無人機(jī)自動(dòng)進(jìn)行預(yù)設(shè)的航線飛行與拍攝作業(yè)任務(wù)。且電量不足時(shí)需要操作人員手動(dòng)更換電池才能繼續(xù)作業(yè)。拍攝的畫面先由無人機(jī)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綋?jù)點(diǎn)的控制地面站，再經(jīng)過4G單兵導(dǎo)播設(shè)備遠(yuǎn)程投放到指揮監(jiān)控系統(tǒng)上。
未來5G建設(shè)發(fā)展，不排除可直接通過指揮監(jiān)控系統(tǒng)接收實(shí)時(shí)拍攝畫面和對(duì)無人機(jī)發(fā)出航線控制指令的可能。
四、作業(yè)流程
1、現(xiàn)場(chǎng)勘查
地貌、環(huán)境、面積勘察，制定劃分巡檢小組據(jù)點(diǎn)數(shù)量和位置。
2、規(guī)劃航線
將林區(qū)的區(qū)域進(jìn)行任務(wù)劃分，并對(duì)劃分的區(qū)域進(jìn)行航線的規(guī)劃。可以提前完成規(guī)劃，等到現(xiàn)場(chǎng)后直接導(dǎo)入無人機(jī)中進(jìn)行外業(yè)飛行。
外業(yè)飛行數(shù)據(jù)采集
內(nèi)業(yè)處理提交成果
1.定期對(duì)林區(qū)進(jìn)行無人機(jī)巡檢，實(shí)時(shí)將巡檢結(jié)果圖傳回指揮大廳，便于指揮人員實(shí)時(shí)指導(dǎo)巡檢工作，如要24小時(shí)不間斷巡檢，需大量采購(gòu)設(shè)備和操作人員儲(chǔ)備；
2.通過分析無人機(jī)的巡檢結(jié)果分析出林區(qū)林業(yè)資源分布情況，了解林區(qū)的資源分布情況，并分析樹木的類型劃分出易燃區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控；
3.針對(duì)大面積的林業(yè)使用無人機(jī)巡檢可以獲取林區(qū)內(nèi)樹木的病蟲災(zāi)害情況，可以監(jiān)視是否有偷盜伐木的情況；
4.火災(zāi)發(fā)生時(shí)進(jìn)行巡查，配置熱紅外傳感器可以對(duì)火點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，便于后方防火指揮部制定有關(guān)方案。
五、運(yùn)行維護(hù)
人員工作安排：
每組建議配備不少于2名操作人員，根據(jù)作業(yè)任務(wù)時(shí)間規(guī)定，制定操作人員工作作息時(shí)間表，值班規(guī)則，維護(hù)工作明細(xì)，定期檢查工作等等。
易損備件：
純電無人機(jī)易于維護(hù)，少有易損零配件也僅僅是槳葉、電池這些容易更換的部位。若考慮作業(yè)持續(xù)性避免意外而中斷作業(yè)，最好配備一套備用無人機(jī)。
維修與保險(xiǎn)：
無人機(jī)設(shè)備若發(fā)生高空墜落，損壞程度肯定不低，維修價(jià)格不菲，返廠維修時(shí)間較長(zhǎng)，一般在15-20個(gè)工作日左右。
大多數(shù)廠家對(duì)無人機(jī)的質(zhì)保策略都是只管機(jī)器自身故障問題，人為失誤或天氣環(huán)境意外情況并不承擔(dān)責(zé)任，所以購(gòu)買無人機(jī)保險(xiǎn)是對(duì)設(shè)備長(zhǎng)期維護(hù)的有利保障
