森林航空消防是由有人驾驶飞机和无人机携带水或化学灭火剂（含阻燃剂），飞往森林起火区，执行喷洒投放灭火、空中监视和指挥调度等任务。 森林航空消防是利用航空器对森林进行火灾巡查、探测、监视和扑救，其研究对象是航空器森林消防应用技术， 包括如何利用航空器执行有效的林火探测、林火扑救和其他相关任务。广义概念中，森林航空消防是应急救援的一部分，后者涵盖了自然灾害救援、人为事故灾难救援、公共卫生灾害救援和公共安全灾害救援四大类，而森林火灾则属于自然灾害范畴。应急救援作业范围广，救援速度快，执行能力强，在各类救援中体现出良好的效果。

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森林航空消防任务

森林航空消防任务主要包括巡逻监视、火情侦察、空中指挥与调度、洒水或抛撒化学灭火剂（含阻燃剂）灭火、开设隔离带、机降索降灭火、伞降灭火、人工降雨、点烧防火线、火场急救、运送救火物资以及火场服务、火场信息采集，包括火场位置、火场图、天气条件、森林植被情况、火场面积等信息。

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林航空消防灭火方法

森林消防灭火主要采用两种灭火剂，一种是普通水，另外一种是专用、含阻燃剂的化学灭火剂。前者是从火场附近的江河湖泊中取水，装入航空器内置消防水箱或外挂吊桶，从空中向火场直接喷撒实施救火，如图2 所示，该方法价格低廉， 取用随意， 使用方便 ； 后者则是利用事先调配好的专用化学药剂，具体喷洒方法和洒水类似如图3 所示，不过因为是专用化学药剂，灭火效果更佳，飞机后续清理方便，但成本较高。

通常森林航空消防使用的灭火剂是一种红色液体，成分为85% 的水、10% 的化学阻燃成分和5% 的其他成分，包括红色染色剂、防腐剂、增稠剂、稳定剂、杀菌剂和流动性调节剂。因此，即便在高温情况下，灭火剂的水分全部蒸发，剩下的阻燃成分依然能起到控制火势的作用。一般情况下，阻燃剂的作用可以持续几天甚至一周以上。此外，灭火剂的化学成分符合无毒无害的环保标准，不会对森林环境产生污染。

图2 直升机外挂吊桶洒水灭火。

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航空消防的特点

（1）机动性强、不受地形限制 飞机飞行速度快，能快速飞抵崇山峻岭、人迹罕至的森林火灾（野火）现场，采用空中洒水或喷撒灭火剂的方法进行灭火。

（2）载重大、能力强

采用大型有人机执行森林航空消防任务，其运载能力大，一次飞行携带的灭火剂或水可以扑灭较大区域的火灾， 或者划出防火隔离带。

（3）快速空运人员和设备

在森林火灾早期，用最快的速度把一小队消防员及其几天的生活物资和灭火用品，空投到人迹罕至的火灾点， 尽量把火灾消灭在萌芽状态。

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林航空消防的发展历程

森林航空消防是预防和扑救森林火灾的重要手段，在保护森林资源、维护生态平衡中发挥着重要作用。森林航空消防技术发展历程，大致可分为两个阶段。

（1）第一阶段是有人机时代

森林航空消防发展的第一阶段是有人机时代，即没有使用无人机。这一阶段始于1915 年，至今已经历100 多年， 其主要特征是，由于消防无人机尚未问世，因此采用的航空器是清一色的有人机，包括固定翼飞机和直升机两大类。

1915 年8 月美国华盛顿州林务局第一次使用固定翼飞机巡查森林火灾（野火）；

1924 年加拿大开始使用固定翼飞机监视林火 ；

1931 年前苏联组建了森林航空队进行护林防火， 并于1932~1935 年间开展航空护林防火的试点工作。这个阶段是航空护林的初期，森林航空消防工作主要是使用固定翼飞机进行森林巡护、监视火情和及时报警。

20 世纪50 年代，第二次世界大战结束后，为了给大批闲置的军用飞机寻找出路，一些森林资源较丰富的国家开始将这些退役的军用飞机改装成森林消防飞机。只要对军用飞机的设备稍作改动，以及训练相关人员便可成为消防灭火飞机，直接应用于森林资源保护，进行航空护林和灭火。很快，这项技术被世界许多国家推广，成为一股潮流。其中，伞降灭火是最先采取的航空灭火方法，随后又发展出空中巡护、化学灭火、吊桶灭火、机降灭火、索降灭火、绳索滑降灭火、人工增雨等航空护林和灭火技术。

由于美国在森林灭火有人机技术研究和实践方面起步最早，对有人机改装、化学灭火剂，以及灭火弹等森林消防有人机技术进行了较多研究和实践。因此，美国森林消防有人机技术较为成熟。现在美国森林航空消防的地位越来越高， 作用越来越大，森林航空消防队伍在森林防火事业中的作用发挥得越来越好， 森林航空消防的地位和作用已得到社会广泛认可。

（2）第二阶段为无人机+ 有人机时代

森林航空消防发展的第二阶段是无人机+ 有人机时代，即使用无人机与有人机协同灭火。

采用有人机如固定翼飞机、直升机进行森林火灾灭火效率不高。因为，林火成灾后，森林着火空间范围极大，一般高度达到10 ～ 20m，火线沿前进方向长度可达50m， 温度达900℃以上。为保证飞机驾驶员安全，灭火时飞机只能在距火场上空较高的高度作业，这就导致洒水或液体灭火剂的喷撒高度较高，水或液体灭火剂在降落过程中受火场上空强热上升气流的影响，一部分水或液体灭火剂在降落至火场的过程中受热蒸发或被吹散到火场以外的区域，致使真正作用于林火燃烧现场的水或液体灭火剂的量较少，浪费很大，所以灭火效率不高。

由于水或液体灭火剂利用率太低， 导致有人机单架次飞行灭火成本相对较高。除此以外，与无人机相比，利用有人机扑灭野火最大的缺点是机动灵活性差，难以在野火刚开始冒烟的萌芽阶段实施灭火。因此，在当前智能化时代， 仅采用有人机作为森林航空灭火方法， 很难成为一种常规灭火手段。

近年来，随着专业消防无人机技术的高速发展，其在森林航空消防中的作用和地位日益显现，下面阐述本方案的基本出发点。

首先，利用无人机优异的机动性、灵活性和安全性，采用消防无人机集群灭火方式，将野火消灭在萌芽状态 ；

其次，一旦未能把野火消灭在萌芽状态，野火开始蔓延，形成燎原大火时， 应采用消防无人机与消防有人机协同灭火方式，即消防无人机集群与消防有人机分工合作，协同作业扑灭野火。消防有人机利用运载能力大的特点，从空中洒水或喷撒含有阻燃剂的化学灭火剂灭火，以及开展机降索降灭火、伞降灭火、火场急救、运送救火物资等森林消防灭火工作。

图3 有人驾驶固定翼飞机抛撒灭火剂。

图4 喷洒灭火剂型多旋翼消防无人机。

图5 发射灭火弹型多旋翼消防无人机。

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方案核心内容

本方案宗旨是，利用无人机开启森林航空消防发展的第二阶段，促使森林航空消防从有人机时代进入无人机+ 有人机时代，即进入森林航空消防智能化时代，从而改变有人机与森林火灾单打独斗的被动局面。利用无人机+ 有人机协同灭火，如蜂群一样实施集群作战， 能极大提高森林消防灭火效率，最重要的是利用智能化技术，最大限度改善和提高消防人员安全。

本方案主要有以下两项核心内容， 即使用无人机+ 有人机协同灭火和用山羊清除可燃物。

无人机+ 有人机协同灭火

针对加州野火灾害频发现状，开启无人机与有人机协同灭火的新时代。

采用消防无人机与消防有人机协同作业，执行护林和直接扑灭森林火灾（野火），能有效弥补有人机方法的不足。特别是无人机能胜任条件恶劣、高危环境下的各种危险作业，如扑灭森林大火， 能出色完成单调枯燥、时间长、强度大、重复性的艰苦任务，加上其结构简单、尺寸小、价格便宜，经济性好，以及执行任务灵活，操控方便，消防人员只需经过短期简单培训，就能掌握操控方法和技术。除此以外，无人机具有自主或半自主飞行能力，消防人员使用无人机时，无需亲临火灾的高危着火点，具有优异的安全性。

消防无人机定义

用于消防业务的无人机称为消防无人机，其机型大多采用工业级旋翼无人机，按最大起飞重量可分为大、中、小三种类型。

消防无人机基本结构

一套完整的消防无人机系统由无人机和地面控制站两部分组成。其中，无人机包括自主飞行控制、机载灭火和动力等系统 ；地面控制站包括操控和数据接收等系统。它采用集成化设计、智能化识别、精确制导等一系列高科技关键技术。

无人机最主要的特点是机上无人。正因为此特点，无人机执行任务时，勿需考虑飞行员生命安全，更不必考虑任务的危险性，极大放宽了无人机使用要求。

旋翼无人机最大优点是可以垂直起降，不需要专用跑道，机动性强、不受地形限制、部署灵活方便，具有优良的低空或超低空飞行性能，在执行消防灭火任务时，可以全程低空或超低空飞行，不会对高空飞行的民航客机航线造成任何干扰。

图6 小型多旋翼消防无人机结构示意图。

图7 消防无人机执行森林灭火任务。

来源：国际无人系统微信公众号

原标题：《森林航空消防的作用与发展历程》

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