无人机在高原森林灭火中的应用

高原森林作为重要的生态屏障，具有调节气候、涵养水源、维护生物多样性等重要生态功能，其特殊地理与气候条件使火灾防控面临严峻挑战。当前无人机在森林灭火中的应用多集中于中低海拔区域，针对高原环境的特殊适配性研究与一体化应用方案仍较缺乏，本文基于高原森林灭火实际需求，提出针对性与创新性应用策略，为相关实践提供参考。

一、高原森林灭火的环境特殊性与传统方式的局限性

（一）高原森林环境对灭火工作的制约因素

高原森林区域的自然环境特征多方面制约灭火工作，地理地形因素表现为森林多分布在山地、峡谷地带，地势起伏大且坡度陡峭，部分区域有悬崖、沟壑等复杂地形，人员徒步行进困难，大型灭火车辆与装备难以进入，使灭火力量无法快速抵达火场核心区域；气候与气象因素是空气稀薄且氧气含量低，影响人员体力与设备动力性能，火灾燃烧中氧气供应不足但火焰蔓延更快，昼夜温差大且夜间低温易致设备故障，频繁阵风与乱流改变火势蔓延方向，增加火情判断难度；通信与后勤保障因素体现为区域偏远，地面通信基站覆盖稀疏且有信号盲区，火情信息传递不及时，后勤物资运输需翻山且补给周期长，难满足灭火持续需求。

（二）传统灭火方式的局限性

传统高原森林灭火方式以人工扑救、地面装备支援与直升机作业为主，局限性明显。人工扑救需消防员携工具徒步入火场，受高原地形与缺氧影响，体力消耗快且作业时间短，面临被火围、滚石等风险，火势扩散时撤离难；地面装备如灭火水车受地形限制难入森林内部，仅能在火场边缘作业，无法应对大面积火灾；直升机灭火虽有机动性，但高原空气稀薄致载重量降、作业半径小，对起降场地要求高，复杂环境下难稳定作业且成本高；火情信息获取依赖地面侦察与卫星遥感，前者覆盖窄、后者分辨率低且更新慢，难实时掌握火势，致决策滞后。

二、无人机在高原森林灭火中的创新应用路径

（一）多机协同的火情侦察与早期预警系统

构建基于多无人机协同的火情侦察与早期预警系统，包含固定翼无人机、多旋翼无人机与地面指挥中心三部分，可实现火灾隐患的精准识别与实时监测，解决高原森林火灾早期发现难、火情信息获取不及时的问题。地面指挥中心的智能分析平台能对无人机传输的侦察信息进行融合处理，生成火场热力分布图、火势蔓延预测图与危险区域划分图，自动识别火灾隐患等级，当隐患等级达到预警阈值时，系统自动向附近森林防火站、护林员终端发送预警信息，实现火灾隐患的早期发现与快速响应，将火灾控制在萌芽阶段。

两种类型无人机通过数据链将侦察信息实时传输至地面指挥中心，其中多旋翼无人机搭载气体传感器与风速风向检测仪，在固定翼无人机发现疑似火情后，可快速飞抵目标区域开展近距离侦察，采集火场周边的氧气浓度、一氧化碳含量等气体参数，以此判断火灾燃烧阶段与扩散趋势，同时实时监测风速风向变化，为火情预判提供数据支撑。固定翼无人机具备长航时飞行能力，能在海拔 4000 米以上区域持续飞行，会按照预设航线对高原森林区域进行周期性巡航，其搭载的高分辨率光学相机可捕捉地表植被异常变化，红外热成像仪能检测地下火、腐殖质燃烧等隐蔽性火源，即便在夜间或烟雾遮挡环境下，也能精准识别温度异常区域，分辨率可达 0.1‰ ，有效发现直径1 米以内的早期火情。

（二）侦察—投送—灭火一体化作业模式

侦察—投送—灭火一体化无人机作业模式，通过多类型无人机协同完成火情侦察、物资投送与精准灭火，形成完整的灭火作业闭环，可以解决高原森林灭火中灭火力量难以抵达、作业效率低的问题。在物资投送阶段，大型多旋翼无人机与固定翼无人机协同完成物资运输，大型多旋翼无人机最大载重可达 50公斤以上，针对火场周边 10 公里范围内的灭火点，投送灭火器、水带、急救药品等小型物资，其具备的垂直起降能力可在 10 平方米的林间空地等狭小场地完成起降，无需专门建设起降跑道；固定翼无人机负责向50 公里以上更远距离的灭火点投送折叠式消防水泵、帐篷、食品等大型物资，通过精准空投系统将物资投送至指定区域，误差控制在 5 米以内，此外针对高原缺氧环境下人员难以长时间作业的问题，无人机可定期向灭火人员投送氧气罐与能量补给，保障人员持续作业能力。

灭火作业阶段，根据火情类型选择不同载荷的无人机，针对高原地区风力大的特点，无人机作业时可根据实时风速数据调整飞行高度与投放时机，确保灭火效果；对于树冠火或大面积火灾，采用固定翼无人机搭载干粉灭火弹、水基灭火弹等灭火弹，通过卫星定位系统精准定位火点，在飞行过程中按照预设轨迹投放灭火弹，单架无人机可携带多枚灭火弹，覆盖面积达1000 平方米，多架无人机同时协同作业能形成灭火弹覆盖网，快速压制火势。

（三）基于卫星通信的远程指挥与协同调度系统

建立基于卫星通信的无人机远程指挥与协同调度系统，由卫星通信模块、地面指挥平台、无人机控制系统三部分组成，可实现多无人机、多部门的协同作业，解决高原森林区域通信信号弱、指挥调度困难的问题。针对高原地区昼夜温差大导致无人机电池性能下降的问题，系统具备电池状态实时监测与保温控制功能，当无人机飞行环境温度低于 -10^∘C 时，地面指挥平台自动向无人机发送保温指令，启动电池舱内的加热片，维持电池温度在 0^c 以上，确保无人机续航能力，同时系统根据电池剩余电量与作业区域距离，自动规划返航路线，避免无人机因电量不足在野外迫降，保障无人机作业的安全性与持续性。

无人机搭载的卫星通信模块能在无地面信号覆盖区域实现数据实时传输，传输速率可达 2Mbps，确保火情图像、飞行数据、作业状态等信息实时反馈至地面指挥平台，为指挥调度提供及时的数据支持。

结束语：

无人机技术具备的灵活机动性、多任务能力与远程操控优势，能有效弥补传统灭火方式在高原环境中的局限性，提升火灾预警、火情监测与灭火作业的效率与安全性，为解决高原森林火灾防控难题提供全新技术路径。本文提出的多机协同感知—智能决策调度—精准载荷投放一体化应用方案，通过技术创新与流程优化，实现无人机在高原森林灭火中的全流程应用，为相关实践提供可操作的方案。无人机技术的应用优化了森林草原防火策略，提高了火灾应急响应能力，对于保护森林草原资源和人民生命财产安全具有重要意义。未来随着无人机技术的不断进步和创新，其在森林草原防灭火领域的应用将更加广泛以及深入。

参考文献：

[1] 刘维栋，宋传晓，孙凤文 . 高原重载无人机在青藏高原森林草原防火中的应用 [J]. 森林防火，2023，41（03）：80-82.

[2] 李海军 . 无人机在森林草原防火预警中的实践应用 [J]. 河南农业，2024（06）：52-54.