威头条丨高原森林火灾如何扑救？无人机技术解难题除隐患

常规的森林火扑救，随着技术装备的进步，以大型直升机洒水作业湿化环境，配合消防部队“人工打围”——在火场周围合理的距离上人工砍伐出一个条形隔离带，再加上消防员利用单兵设备如风力灭火机等清理“飞火”和“余火”，控制火势发展，直至扑灭。当然，在有条件的环境，也可以因地制宜，用高压水泵直接引水作业实施扑救。

这类林火扑救的主要特点是消防员必须接近火场，接近“飞火”和“余火”进行作业。如果森林火发生在高原峡谷和悬崖山顶，往往气流紊乱，风向风速具有极大的不确定性。火借风势，风助火威，林火容易快速蔓延，所以传统的林火扑救方式具有很大危险性。还有些更加恶劣的森林火环境，陡峭危险，甚至人员都无法到达。

针对“森林区块”（森林被河流、道路、农田等自然环境切割开，或因植被和地形的关系，森林没有连接成片），通过实验，研究了小型无人机对于“悬崖火”和“飞火”的扑救效果，提出对于“森林区块”化的林火，用小型无人机抛投作业扑灭森林悬崖火和飞火的技术路线。利用小型无人机对于高原恶劣环境下的“森林区块”型林火所引发的“悬崖火”和“飞火”实施无人化扑救非常有效和安全，对于地势平缓环境下的森林火扑救，也具有参考价值。

无人机装备参数功能和灭火剂的选型

对于无人机的选型要求， 可以适应高原4000米海拔的工作环境且具备较强的抗风能力。无人机载重量要尽量大一些。无人机机身尽量小巧便携，展开快速，可以用越野车承载。

无人机的高原性能是在高原地区应用的基础。电动无人机的另一个优点是使用简单，携行方便，不需要复杂的维护。电动无人机的最大缺点是，续航时间和载重量都小于油动力无人机。电动力无人机的满载续航时间一般为30分钟左右，目前市场上常见的载重型电动无人机，低海拔载重量约50kg，满载续航32分钟，高原上可以达到40kg载重，满载续航30分钟左右。由于电动无人机多数采取折叠或者可拆装的技术方案，所以，特别适用于小型越野车辆承载。携行方便性对于像西藏、新疆和四川这类险峻的地理环境，是特别重要的优点。

对于森林灭火的无人机，除了基本性能满足不同环境的要求以外，无人机还必须进行针对性研发，尤其是对于挂载机构、瞄准机构和侦察定位的精准性进行针对性技术提升，例如，具备火点定位功能，自动火点识别功能，全自动瞄准抛投功能等。

无人机挂载的侦察载荷应该具备可见光和夜视热成像功能，配合夜间侦察的作战。数据链应该大于10km以上，最好可以非视距操控，兼具抛投灭火和物资运投功能。

在无人机灭火剂的选型上，灭火剂通常有粉剂和水剂两大类。对于封闭空间的灭火，例如建筑物内部的消防救援，粉剂和水剂效果都很卓越。水剂灭火作为森林火扑救的主要方式，具有易于获取，成本低，见效快的特点。为了保证无人机高空抛洒过程中被风化和雾化而影响灭火效果，可以考虑添加一定的高分子凝剂，这些技术已经被森林消防行业广泛应用，效果良好。

研究无人机在不同高度、不同载重量的情况下实施水剂抛投，对于森林火灾扑救的影响，然后通过实战验证，提出对于悬崖火和飞火扑救的最小水剂投送量指标。考虑到西藏、新疆和四川等地环境复杂，应该选用越野型四驱车辆作为运载工具，随车配备适用的野外发电和无人机充电设备。

无人机扑灭“悬崖火”和“飞火”实战案例

2022年3月7日，西藏自治区墨脱县的帮辛乡突发森林火灾。帮辛乡，隶属于西藏自治区林芝市墨脱县，地处墨脱县东北部，东与格当乡毗邻，南与达木珞巴民族乡接壤，西与加热萨乡相连，北与波密县相连。这里的地形山高坡陡、切割深，有的地方垂直高差达3000米以上，峡谷底部就是著名的雅鲁藏布江上游，河流湍急，峡谷两侧都是山体坡度60°—70°的悬崖峭壁，属于人员无法攀爬的原始林区。

3月7日下午发现林火，晚上消防人员到达现场，主火场“森林区块”已经有较大的明火。这种环境在一定的气流条件下极易产生森林爆燃火，扑救比较危险。

2019年四川省木里火灾案例示意图

3月8日早晨，主火场所在的“森林区块”基本燃烧完毕，但是从峡谷底部到山峰顶部的悬崖状斜坡上，分布着大小10来个火点、烟点，属于典型的悬崖火。如果这些火点不能快速扑灭，很容易越烧越大，并引燃附近甚至山背面的森林区块，造成更大损失。

火场点位示意图

“3.07”林火的发生地，处于雅鲁藏布江大峡谷的斜坡上，由于该地经常出现山体滑坡，江流两侧的山体上有很多的碎石沟，这些碎石沟形成了天然的林火“隔离带”，对于林火有一定的隔离作用。又由于斜坡上很多岩石，这些岩石的部分也对林火具有一定的隔离作用。碎石沟和岩石的存在，将森林分割为很多小的“森林区块”，而且这些森林区块多数都小于100米×100米的面积。我们不妨将这类小于10000平方米的被自然碎石沟或者岩石分割过的小片森林定义为一个“森林区块”。

“森林区块”分布示意图

在整个灭火过程中，无人机共起降102个架次，每次挂载20多公斤含有添加剂的水袋，总计抛投水袋2040kg，共扑灭10来个悬崖火点和烟点，直到3月13日将林火全部扑灭。

高原型电动无人机实用高效

通过实验研究和实战验证，在某些人员不能到达的特殊环境下，利用高原型电动无人机扑灭高原森林“悬崖火”十分安全、高效。

• 对某些“区块化”的高原森林火，可以避重就轻，仅对主火场以外由飞火造成的烟点、火点和悬崖火开展无人机抛投作业，就可以避免引燃邻近的“森林区块”，控制并快速扑灭森林火。

• 对于小型悬崖火点，只要无人机抛投水剂的精准度优于2米，平均投水量为200kg即可扑灭。

• 在同等的抛投高度和抛投精度下，抛投水袋作业的灭火效率，远高于高空洒水作业。

• 无人机载水量越大灭火效果越好，采用无人机集群实施连续灭火作业和开展斜面抛投试验将是一个值得关注的研究方向。

作者丨王民 何诚 宋喜峰 吕振义

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