一种可以自动巡航的太阳能森林防火预警无人机

一、森林防火的重要性分析

有统计显示，世界各地每年发生的森林火灾高达20多万次，每年烧毁的森林面积占世界森林面积的0.1%以上。2019年到2020年的澳洲森林大火，不间断地燃烧了四个月之久，此次大火直接造成了至少33人死亡，超过10亿的野生动物直接死亡，2500多间房屋被直接烧毁，万公顷的土地森林被烧毁，造成的直接经济损失高达50亿元，在火灾严重的袋鼠岛有超过1/6的考拉在大火中死亡，大火释放的二氧化碳超过3.2亿吨，相当于澳洲年平均二氧化碳排放量的2/3。由此可见，森林大火对经济、环境、野生动物的影响是巨大的，澳洲大火之所以燃烧了四个月之久，很重要的一点原因是森林火灾的蔓延速度过于迅速，再加上地形和风向对灭火造成的不利影响，一系列的问题使得森林大火的扑灭变成了一个极为困难的事情，也正是因为森林火灾的扑灭难度太大，森林大火的预防工作就成为重中之重。

二、森林防火装置现状

现在国内森林防火的途径主要分为以下三类：人工瞭望、采用CCD视频监控、激光夜视监控。其中应用最多的还是相对比较传统的人工瞭望台，由于地形、天气等因素影响，再加上人为观测发生失误的可能性也不算小，使得人工瞭望的森林防火方式成为一种极不稳定的预警方式。CCD视频监控和激光夜视监控虽然可以在一定程度上代替人工监控，但是在地形复杂的森林区域依然难以通过定点设置的监控摄像头或激光夜视仪对森林进行全方位无死角的监控。

太阳能自动巡航无人机的优势分析：利用无人机进行森林防火最重要最显著的优势是监视死角少，人工投入少，因为无人机是在一定高度空域对地表植被进行监控，所以可以大幅度减少地形因素造成的某些森林死角无法监控的情况。相对于其他固定式的摄像头和激光夜视仪，无人机是可以移动的，这就使得无人机应用于森林防火预警可以使得监控区域按照人为意愿移动，从而实现对森林进行特定时间特定区域的重点监控，这对于森林防火预警来说是至关重要的。

三、动力系统及整体布局

对于太阳能飞机来说，动力系统是最主要的组成部分，现在的太阳能飞机都采用机翼覆盖太阳能电池板的设计方式，由机翼上的太阳能电池板来为无刷电机供电，电机带动螺旋桨转动，为飞机提供向前的拉力，机翼切割空气提供向上的升力，进而实现对太阳能飞机的飞行控制。震惊世界的“阳光动力2号太阳能飞机”就是采用这种布局，它曾经10次利用太阳能动力飞行成功，并且完成了震惊世界的环球飞行。太阳能动力飞机离我们并不遥远，在每年举办的“中国国际飞行器设计挑战赛”中，就有一个太阳能飞机项目，每年都会有来自全国十几个高校的太阳能飞机参赛，比赛要求之一就是飞机必须完全依靠太阳能动力飞行。综上所述，太阳能飞机的动力系统并不是特别复杂，它完全可以以太阳能动力来实现飞行。

四、巡航系统

无人机的自动巡航主要依靠飞行控制器、GPS，和舵面舵机组成。GPS可以实现飞机的精准定位，并将定位信号传输给飞行控制器，飞行控制器可以时时读取飞机的飞行姿态、飞行速度、加速度、高度等信息，舵机连接在飞行控制器上，通过飞控传输的信号带动舵面实现一定角度的旋转，从而稳定飞机的飞行姿态，并控制飞机按照设定好的航线飞行。

五、信号收集与回传系统

信号收集与回传系统由热成像仪器、CCD摄像头，以及大功率的图传构成。热成像仪可以将物体燃烧时释放的不可见红外线转化成可见的热图像，具有高灵敏度、高准确度的特点，将热成像仪装在无人机上用于地表森林的防火可以大大提高火情的识别率，为控制火情的前期蔓延争取时间。CCD摄像头可以清楚地看清地表地势，以及植被的生长情况，可以为森林火情走势的预测提供很大便利。现在的图传主要分为模拟图传和数字图传两类，模拟图传延时低但是清晰度较差，数字图传清晰度高，但是延时略高。对比两种图传，虽然模拟图传的延时低，但是对于森林防火预警无人机来说，其清晰度太差，而数字图传的延时在可接受的范围内，总的来说，森林防火预警无人机大多应用的是数字图传。距离的远近是对图传的一大考验，距离太远，信号就会衰弱，图传信号的衰弱主要来源于电磁环境的干扰，以及遮挡物的阻碍。在电磁波环境极好干扰较少的森林里，图传可以发挥出最好的效果，再加上无人机在一定高度上飞行，极少出现信号的遮挡等问题，所以装在无人机上的大功率的数字图传系统可以在森林里面轻松传输6000米以上。

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