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无人机在森林火灾中的应用

 

 

13

林学创新

 

3135405033

 

王兆?/p>

 

 

 

摘要?/p>

 

为探索林火监测的新手段,

 

提高森林安全管理水平?/p>

 

将实时视频传输和计算机技

术相结合?/p>

 

研制了林火监

 

测任务设备,

 

并与无人机飞行平台共同构成了微型无人机林?/p>

监测系统?/p>

 

以林区火场影像为样本?/p>

 

像素

 

RGB 

值为

 

分类依据?/p>

 

使用统计产品与服务解

决方案软件进行聚类分析,

 

得到基于颜色特征的烟雾识别模型?/p>

 

该模型经过光

 

谱特性改

进和消噪处理后,

 

对于试验影像的烟雾识别率?/p>

 

77%

以上?/p>

 

利用该模型,

 

系统可在飞行

中实时完成对?/p>

 

面火情的探测并给出报警提示?/p>

 

在飞行试验的基础上,

 

提出无人机林?/p>

监测系统的飞行作业流程,

 

并讨论了系统

 

运行的经济性和目前存在的问题?/p>

 

无人机林?/p>

监测系统同样可用于林区气象探测?/p>

 

可燃物和病虫害调查等方面?/p>

 

切实提高林区管理的技

术水平?/p>

 

 

关键词:

 

森林保护

; 

无人?/p>

; 

森林火灾

; 

监测

; 

识别

; 

模型

 

森林火险等级评估和重大火情监测一直是中国

 

气象局对外服务的主要内容之一

 

,

由于重大

火情往

 

往发生在偏远的原始林区和东北、西南等大林?/p>

, 

?/p>

 

些地区都具有面积?/p>

 

,

交通不

便等特点

 

,

因此这一?/p>

 

务目前主要依赖于卫星遥感技?/p>

 

。但是由于平?/p>

 

本身有固定的?/p>

行周期且地面分辨率较?/p>

, 

卫星?/p>

 

常难以及时发现火?/p>

 

,

在复杂天气情况下更是如此

 

, 

往

往是火情已有相当发展的时候才能发?/p>

, 

错过?/p>

 

林火控制的最佳阶?/p>

 

?/p>

相对于了望塔和卫

星而言

 

, 

飞机巡护是目前林区火情监测最为有效的作业?/p>

 

?/p>

,

具有巡视面积大、作业效?/p>

?/p>

 

、反应速度快等?/p>

 

?/p>

,

搭载一定的人员和灭火设?/p>

,

还可以在发现火情

 

后就地实施扑?/p>

,

因而在国外已成为森林防火的

 

主力军之一

 

。我国早?/p>

 

1952 

年就建立了东北航

 

空护林中

?/p>

, 1961 

年又成立了西南航空护林总站

 

, 

开展航空护林业?/p>

 

?/p>

但由于经费等原因

 

, 

我国?/p>

 

空护林面临着飞机陈旧、设备老化

 

、飞行能力不足等

 

问题

 

。缺乏高?/p>

 

、经济、易维护?/p>

飞行平台成为制约

 

航空护林事业发展的瓶颈之一

 

?/p>

 

无人驾驶飞机

(

以下简称无人机

)

是当

今航空科

 

技发展的热点之一

, 

相对于普通飞机而言

,

具有体积

 

?/p>

 

?/p>

重量轻?/p>

成本?/p>

 

?/p>

维护

简单、使用灵活等特点

 

。目

 

前国内外都在积极开展无人机的民用研?/p>

 

,

并且?/p>

 

资源遥感?/p>

环境评估?/p>

航空测绘?/p>

精准农业

 

?/p>

气象探测

 

和人工影响天气等领域内取得了一定的进展

 

 

?/p>

 

在森林防火方面也有相关工作开?/p>

 

,

?/p>

 

NASA 

艾姆

 

斯中心研制了无人机用

 

AIRDAS(

机载?/p>

外灾害评

 

估系?/p>

)

组件

 

;

齐齐哈尔大学的李春林等研制了

 

林火监测无人飞艇。可见国内外

对无人机在森

 

林防火方面的应用潜力已有了相当的认识

 

,

如能开

 

发出实用?/p>

低成本的微型

无人机林火监测系统用?/p>

 

森林防火工作

,

不仅具有飞机巡护的诸多优?/p>

, 

而且

 

能够大大?/p>

低运行成?/p>

 

, 

为我国森林安全工作提?/p>

 

一种全新的低成?/p>

 

、高效作业工具?/p>

 

无人机林火监测系统的设计

 

 

1.1 

系统功能设计

 

森林火灾是一种无组织的燃烧过程,

 

主要特点就是不完全燃烧,

 

其外

在表现为火灾发生时会有大?/p>

 

的烟气产生,

 

特别是在初期火势较小时,

 

这一现象尤为?/p>

出?/p>

 

大量的实际经验也表明?/p>

 

在林火发生时

 

烟与火往往是伴生的?/p>

 

特别是处?/p>

 

?/p>

暗燃

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?/p>

态的林火?/p>

 

烟的指示作用更加明显?/p>

 

且相对于明火而言?/p>

 

燃烧产生的烟雾在色彩和空?/p>

尺度上都具有更明显的特征?/p>

 

对传感器的要求更低,

 

也更容易被自动识

 

别?/p>

 

因此?/p>

 

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无人机在森林火灾中的应用

 

 

13

林学创新

 

3135405033

 

王兆?/p>

 

 

 

摘要?/p>

 

为探索林火监测的新手段,

 

提高森林安全管理水平?/p>

 

将实时视频传输和计算机技

术相结合?/p>

 

研制了林火监

 

测任务设备,

 

并与无人机飞行平台共同构成了微型无人机林?/p>

监测系统?/p>

 

以林区火场影像为样本?/p>

 

像素

 

RGB 

值为

 

分类依据?/p>

 

使用统计产品与服务解

决方案软件进行聚类分析,

 

得到基于颜色特征的烟雾识别模型?/p>

 

该模型经过光

 

谱特性改

进和消噪处理后,

 

对于试验影像的烟雾识别率?/p>

 

77%

以上?/p>

 

利用该模型,

 

系统可在飞行

中实时完成对?/p>

 

面火情的探测并给出报警提示?/p>

 

在飞行试验的基础上,

 

提出无人机林?/p>

监测系统的飞行作业流程,

 

并讨论了系统

 

运行的经济性和目前存在的问题?/p>

 

无人机林?/p>

监测系统同样可用于林区气象探测?/p>

 

可燃物和病虫害调查等方面?/p>

 

切实提高林区管理的技

术水平?/p>

 

 

关键词:

 

森林保护

; 

无人?/p>

; 

森林火灾

; 

监测

; 

识别

; 

模型

 

森林火险等级评估和重大火情监测一直是中国

 

气象局对外服务的主要内容之一

 

,

由于重大

火情往

 

往发生在偏远的原始林区和东北、西南等大林?/p>

, 

?/p>

 

些地区都具有面积?/p>

 

,

交通不

便等特点

 

,

因此这一?/p>

 

务目前主要依赖于卫星遥感技?/p>

 

。但是由于平?/p>

 

本身有固定的?/p>

行周期且地面分辨率较?/p>

, 

卫星?/p>

 

常难以及时发现火?/p>

 

,

在复杂天气情况下更是如此

 

, 

往

往是火情已有相当发展的时候才能发?/p>

, 

错过?/p>

 

林火控制的最佳阶?/p>

 

?/p>

相对于了望塔和卫

星而言

 

, 

飞机巡护是目前林区火情监测最为有效的作业?/p>

 

?/p>

,

具有巡视面积大、作业效?/p>

?/p>

 

、反应速度快等?/p>

 

?/p>

,

搭载一定的人员和灭火设?/p>

,

还可以在发现火情

 

后就地实施扑?/p>

,

因而在国外已成为森林防火的

 

主力军之一

 

。我国早?/p>

 

1952 

年就建立了东北航

 

空护林中

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, 1961 

年又成立了西南航空护林总站

 

, 

开展航空护林业?/p>

 

?/p>

但由于经费等原因

 

, 

我国?/p>

 

空护林面临着飞机陈旧、设备老化

 

、飞行能力不足等

 

问题

 

。缺乏高?/p>

 

、经济、易维护?/p>

飞行平台成为制约

 

航空护林事业发展的瓶颈之一

 

?/p>

 

无人驾驶飞机

(

以下简称无人机

)

是当

今航空科

 

技发展的热点之一

, 

相对于普通飞机而言

,

具有体积

 

?/p>

 

?/p>

重量轻?/p>

成本?/p>

 

?/p>

维护

简单、使用灵活等特点

 

。目

 

前国内外都在积极开展无人机的民用研?/p>

 

,

并且?/p>

 

资源遥感?/p>

环境评估?/p>

航空测绘?/p>

精准农业

 

?/p>

气象探测

 

和人工影响天气等领域内取得了一定的进展

 

 

?/p>

 

在森林防火方面也有相关工作开?/p>

 

,

?/p>

 

NASA 

艾姆

 

斯中心研制了无人机用

 

AIRDAS(

机载?/p>

外灾害评

 

估系?/p>

)

组件

 

;

齐齐哈尔大学的李春林等研制了

 

林火监测无人飞艇。可见国内外

对无人机在森

 

林防火方面的应用潜力已有了相当的认识

 

,

如能开

 

发出实用?/p>

低成本的微型

无人机林火监测系统用?/p>

 

森林防火工作

,

不仅具有飞机巡护的诸多优?/p>

, 

而且

 

能够大大?/p>

低运行成?/p>

 

, 

为我国森林安全工作提?/p>

 

一种全新的低成?/p>

 

、高效作业工具?/p>

 

无人机林火监测系统的设计

 

 

1.1 

系统功能设计

 

森林火灾是一种无组织的燃烧过程,

 

主要特点就是不完全燃烧,

 

其外

在表现为火灾发生时会有大?/p>

 

的烟气产生,

 

特别是在初期火势较小时,

 

这一现象尤为?/p>

出?/p>

 

大量的实际经验也表明?/p>

 

在林火发生时

 

烟与火往往是伴生的?/p>

 

特别是处?/p>

 

?/p>

暗燃

?nbsp;

?/p>

态的林火?/p>

 

烟的指示作用更加明显?/p>

 

且相对于明火而言?/p>

 

燃烧产生的烟雾在色彩和空?/p>

尺度上都具有更明显的特征?/p>

 

对传感器的要求更低,

 

也更容易被自动识

 

别?/p>

 

因此?/p>

 

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无人机在森林火灾中的应用

 

 

13

林学创新

 

3135405033

 

王兆?/p>

 

 

 

摘要?/p>

 

为探索林火监测的新手段,

 

提高森林安全管理水平?/p>

 

将实时视频传输和计算机技

术相结合?/p>

 

研制了林火监

 

测任务设备,

 

并与无人机飞行平台共同构成了微型无人机林?/p>

监测系统?/p>

 

以林区火场影像为样本?/p>

 

像素

 

RGB 

值为

 

分类依据?/p>

 

使用统计产品与服务解

决方案软件进行聚类分析,

 

得到基于颜色特征的烟雾识别模型?/p>

 

该模型经过光

 

谱特性改

进和消噪处理后,

 

对于试验影像的烟雾识别率?/p>

 

77%

以上?/p>

 

利用该模型,

 

系统可在飞行

中实时完成对?/p>

 

面火情的探测并给出报警提示?/p>

 

在飞行试验的基础上,

 

提出无人机林?/p>

监测系统的飞行作业流程,

 

并讨论了系统

 

运行的经济性和目前存在的问题?/p>

 

无人机林?/p>

监测系统同样可用于林区气象探测?/p>

 

可燃物和病虫害调查等方面?/p>

 

切实提高林区管理的技

术水平?/p>

 

 

关键词:

 

森林保护

; 

无人?/p>

; 

森林火灾

; 

监测

; 

识别

; 

模型

 

森林火险等级评估和重大火情监测一直是中国

 

气象局对外服务的主要内容之一

 

,

由于重大

火情往

 

往发生在偏远的原始林区和东北、西南等大林?/p>

, 

?/p>

 

些地区都具有面积?/p>

 

,

交通不

便等特点

 

,

因此这一?/p>

 

务目前主要依赖于卫星遥感技?/p>

 

。但是由于平?/p>

 

本身有固定的?/p>

行周期且地面分辨率较?/p>

, 

卫星?/p>

 

常难以及时发现火?/p>

 

,

在复杂天气情况下更是如此

 

, 

往

往是火情已有相当发展的时候才能发?/p>

, 

错过?/p>

 

林火控制的最佳阶?/p>

 

?/p>

相对于了望塔和卫

星而言

 

, 

飞机巡护是目前林区火情监测最为有效的作业?/p>

 

?/p>

,

具有巡视面积大、作业效?/p>

?/p>

 

、反应速度快等?/p>

 

?/p>

,

搭载一定的人员和灭火设?/p>

,

还可以在发现火情

 

后就地实施扑?/p>

,

因而在国外已成为森林防火的

 

主力军之一

 

。我国早?/p>

 

1952 

年就建立了东北航

 

空护林中

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, 1961 

年又成立了西南航空护林总站

 

, 

开展航空护林业?/p>

 

?/p>

但由于经费等原因

 

, 

我国?/p>

 

空护林面临着飞机陈旧、设备老化

 

、飞行能力不足等

 

问题

 

。缺乏高?/p>

 

、经济、易维护?/p>

飞行平台成为制约

 

航空护林事业发展的瓶颈之一

 

?/p>

 

无人驾驶飞机

(

以下简称无人机

)

是当

今航空科

 

技发展的热点之一

, 

相对于普通飞机而言

,

具有体积

 

?/p>

 

?/p>

重量轻?/p>

成本?/p>

 

?/p>

维护

简单、使用灵活等特点

 

。目

 

前国内外都在积极开展无人机的民用研?/p>

 

,

并且?/p>

 

资源遥感?/p>

环境评估?/p>

航空测绘?/p>

精准农业

 

?/p>

气象探测

 

和人工影响天气等领域内取得了一定的进展

 

 

?/p>

 

在森林防火方面也有相关工作开?/p>

 

,

?/p>

 

NASA 

艾姆

 

斯中心研制了无人机用

 

AIRDAS(

机载?/p>

外灾害评

 

估系?/p>

)

组件

 

;

齐齐哈尔大学的李春林等研制了

 

林火监测无人飞艇。可见国内外

对无人机在森

 

林防火方面的应用潜力已有了相当的认识

 

,

如能开

 

发出实用?/p>

低成本的微型

无人机林火监测系统用?/p>

 

森林防火工作

,

不仅具有飞机巡护的诸多优?/p>

, 

而且

 

能够大大?/p>

低运行成?/p>

 

, 

为我国森林安全工作提?/p>

 

一种全新的低成?/p>

 

、高效作业工具?/p>

 

无人机林火监测系统的设计

 

 

1.1 

系统功能设计

 

森林火灾是一种无组织的燃烧过程,

 

主要特点就是不完全燃烧,

 

其外

在表现为火灾发生时会有大?/p>

 

的烟气产生,

 

特别是在初期火势较小时,

 

这一现象尤为?/p>

出?/p>

 

大量的实际经验也表明?/p>

 

在林火发生时

 

烟与火往往是伴生的?/p>

 

特别是处?/p>

 

?/p>

暗燃

?nbsp;

?/p>

态的林火?/p>

 

烟的指示作用更加明显?/p>

 

且相对于明火而言?/p>

 

燃烧产生的烟雾在色彩和空?/p>

尺度上都具有更明显的特征?/p>

 

对传感器的要求更低,

 

也更容易被自动识

 

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林学创新

 

3135405033

 

王兆?/p>

 

 

 

摘要?/p>

 

为探索林火监测的新手段,

 

提高森林安全管理水平?/p>

 

将实时视频传输和计算机技

术相结合?/p>

 

研制了林火监

 

测任务设备,

 

并与无人机飞行平台共同构成了微型无人机林?/p>

监测系统?/p>

 

以林区火场影像为样本?/p>

 

像素

 

RGB 

值为

 

分类依据?/p>

 

使用统计产品与服务解

决方案软件进行聚类分析,

 

得到基于颜色特征的烟雾识别模型?/p>

 

该模型经过光

 

谱特性改

进和消噪处理后,

 

对于试验影像的烟雾识别率?/p>

 

77%

以上?/p>

 

利用该模型,

 

系统可在飞行

中实时完成对?/p>

 

面火情的探测并给出报警提示?/p>

 

在飞行试验的基础上,

 

提出无人机林?/p>

监测系统的飞行作业流程,

 

并讨论了系统

 

运行的经济性和目前存在的问题?/p>

 

无人机林?/p>

监测系统同样可用于林区气象探测?/p>

 

可燃物和病虫害调查等方面?/p>

 

切实提高林区管理的技

术水平?/p>

 

 

关键词:

 

森林保护

; 

无人?/p>

; 

森林火灾

; 

监测

; 

识别

; 

模型

 

森林火险等级评估和重大火情监测一直是中国

 

气象局对外服务的主要内容之一

 

,

由于重大

火情往

 

往发生在偏远的原始林区和东北、西南等大林?/p>

, 

?/p>

 

些地区都具有面积?/p>

 

,

交通不

便等特点

 

,

因此这一?/p>

 

务目前主要依赖于卫星遥感技?/p>

 

。但是由于平?/p>

 

本身有固定的?/p>

行周期且地面分辨率较?/p>

, 

卫星?/p>

 

常难以及时发现火?/p>

 

,

在复杂天气情况下更是如此

 

, 

往

往是火情已有相当发展的时候才能发?/p>

, 

错过?/p>

 

林火控制的最佳阶?/p>

 

?/p>

相对于了望塔和卫

星而言

 

, 

飞机巡护是目前林区火情监测最为有效的作业?/p>

 

?/p>

,

具有巡视面积大、作业效?/p>

?/p>

 

、反应速度快等?/p>

 

?/p>

,

搭载一定的人员和灭火设?/p>

,

还可以在发现火情

 

后就地实施扑?/p>

,

因而在国外已成为森林防火的

 

主力军之一

 

。我国早?/p>

 

1952 

年就建立了东北航

 

空护林中

?/p>

, 1961 

年又成立了西南航空护林总站

 

, 

开展航空护林业?/p>

 

?/p>

但由于经费等原因

 

, 

我国?/p>

 

空护林面临着飞机陈旧、设备老化

 

、飞行能力不足等

 

问题

 

。缺乏高?/p>

 

、经济、易维护?/p>

飞行平台成为制约

 

航空护林事业发展的瓶颈之一

 

?/p>

 

无人驾驶飞机

(

以下简称无人机

)

是当

今航空科

 

技发展的热点之一

, 

相对于普通飞机而言

,

具有体积

 

?/p>

 

?/p>

重量轻?/p>

成本?/p>

 

?/p>

维护

简单、使用灵活等特点

 

。目

 

前国内外都在积极开展无人机的民用研?/p>

 

,

并且?/p>

 

资源遥感?/p>

环境评估?/p>

航空测绘?/p>

精准农业

 

?/p>

气象探测

 

和人工影响天气等领域内取得了一定的进展

 

 

?/p>

 

在森林防火方面也有相关工作开?/p>

 

,

?/p>

 

NASA 

艾姆

 

斯中心研制了无人机用

 

AIRDAS(

机载?/p>

外灾害评

 

估系?/p>

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组件

 

;

齐齐哈尔大学的李春林等研制了

 

林火监测无人飞艇。可见国内外

对无人机在森

 

林防火方面的应用潜力已有了相当的认识

 

,

如能开

 

发出实用?/p>

低成本的微型

无人机林火监测系统用?/p>

 

森林防火工作

,

不仅具有飞机巡护的诸多优?/p>

, 

而且

 

能够大大?/p>

低运行成?/p>

 

, 

为我国森林安全工作提?/p>

 

一种全新的低成?/p>

 

、高效作业工具?/p>

 

无人机林火监测系统的设计

 

 

1.1 

系统功能设计

 

森林火灾是一种无组织的燃烧过程,

 

主要特点就是不完全燃烧,

 

其外

在表现为火灾发生时会有大?/p>

 

的烟气产生,

 

特别是在初期火势较小时,

 

这一现象尤为?/p>

出?/p>

 

大量的实际经验也表明?/p>

 

在林火发生时

 

烟与火往往是伴生的?/p>

 

特别是处?/p>

 

?/p>

暗燃

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态的林火?/p>

 

烟的指示作用更加明显?/p>

 

且相对于明火而言?/p>

 

燃烧产生的烟雾在色彩和空?/p>

尺度上都具有更明显的特征?/p>

 

对传感器的要求更低,

 

也更容易被自动识

 

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