CN1597019A - Gps制导的林用灭火隔离弹 - Google Patents

Abstract

本项发明属于林火扑救技术领域，发明主要目的是为了及时有效扑灭森林、草原上由于人为、雷击和“飞火”所引发的新火源，更是为了对发生的林区大火及特大火灾的有效隔离和控制。发明的主要特点是应用GPS精确制导技术与高效的爆炸灭火或者化学灭火技术的结合，在新设计的灭火器具上，加装GPS制导的计算机控制系统和气动力舵面，构成了新一代的GPS制导的野外火扑救工具。本发明的效果和益处是依靠固定翼飞机携带并实施投放，以快速、准确、高效和安全的进行灭火其命中的精度可达3－5米，以突破时间和空间的局限，实施了打早，打小，打了的灭火基本原则，以此解决当前国际上在林火扑救方面存在的两大难题。

Description

GPS制导的林用灭火隔离弹

技术领域

本发明属于森林，草原火灾(野外火或林火)的扑救技术领域。它特别涉及到是应用GPS(全球定位系统)精确制导技术与高效的爆炸灭火或化学灭火技术相结合的方法及构成的灭火隔离弹装置。

背景技术

当前国内、国外森林，草原林火的扑救手段和技术水平为：

①直接使用人力配合一些简单的灭火工具如：鼓风机，各种手提式化学灭火器和爆炸灭火弹，人工爆破灭火隔离法，消防车灭火，推土机开设防火隔离带等。

②高射炮人工降雨，用炮发射的爆炸灭火弹等。

③直升机吊桶直接喷洒水和喷洒化学灭火剂灭火。固定翼飞机直接喷洒水和喷洒化学灭火剂灭火，用喷洒化学灭火剂开设阻火隔离带，飞机人工降雨等。

由于森林火灾经常发生在人员和物质难以抵达的山区，林火阵面随风速、地形、林种、地貌、火险等级等许多因素不断变化。目前灭火主要手段：(1)使用“人海战术”利用常规的一些灭火工具。(2)使用直升机、固定翼飞机洒水灭火和喷洒化学灭火剂灭火等。因此对于突发性的森林大火及特大森林火灾有扑救的困难，甚至是束手无策。因为利用飞机大容量的运输水是十分不易的，而且高空喷洒又不能较好有效的利用水和化学药剂，特别是对于森林大火及特大森林火灾会显得势单力薄，甚至有些地方又缺少水源。这些现有的林火扑救的技术手段及效果，目前都存在着某些严重不足，以此贻误扑火时机，造成了小火酿成大灾的严重后果，使森林火灾严重危害了人类生命财产及环境的生态平衡。

发明内容

本发明的目的是提供一种把GPS精确制导技术与高效的爆炸灭火或化学灭火技术相结合的方法和装置。以此来达到快速、准确、高效、安全的扑救(1)在森林，草原上由于人为、雷击和“飞火”所引发的新火源，(2)是更为有效的隔离和控制住由于这些小火源而引发的森林大火及特大森林火灾的目的。解决当前世界上林火扑救存在的两大难题，这两大难题分别是：第一对重大森林火灾和特大森林火灾的难以扑救问题，第二在林火扑救过程中人员的伤亡问题。

本发明的技术方案：

GPS制导的林用灭火隔离弹的方法和装置

①本发明的技术方法：

GPS是通过定位卫星来实现导航定位的一种高新技术。采用GPS精确制导技术与高效的爆炸灭火或化学灭火技术相结合的方法，就是在新设计的高效应的爆炸灭火或化学灭火工具上，挂接装有差分功能的GPS接收机及计算机控制系统和气动力控制舵面的可控制的运载体，而构成的一种新型的GPS制导的野外火扑救工具。

它在任何时间和位置都能接收到卫星的定位信号，并精确计算出该弹空投后的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。该信息与已知确定的林区新火源和防火隔离带的地面坐标参数实时进行比较，经微机处理后，通过执行机构去控制弹体上的尾翼，并能实时修正该弹的飞行路线，以高阻力外形滑翔下落，最终命中着火点目标，其命中精度可达3-5米。从而使林用灭火工具实现了真正的“投放后不用管”，使森林，草原的灭火运载工具具有空投制导功能。

使用M个(M≥1)GPS制导的控制运载体，挂接N个(N≥1)柔性管式的单元链，而连接组成一条长的似于“锁链”式的爆炸灭火隔离弹或者化学灭火隔离弹。每个单元链是一个基本的单元，这些基本的单元链在空投以前，它是以折叠或盘圆方式与GPS制导的控制运载体连接并一起存放在储运体内。

每个单元链是具备一定长度的爆炸或者化学灭火功能的能量，根据所要开设的防火隔离带的长度，宽度，深度，可选配互相联接，以组合形成各种需要的爆炸灭火隔离弹和化学灭火隔离弹。空投后在M个GPS制导的控制运载体的实时引导控制下，构成所需要的灭火隔离带形状，例如：一字形、V字形、多变形、马蹄形、圆环形等。

②本发明的装置及构造

GPS制导的林用灭火隔离弹有两部分组成：

第一部分是GPS制导的控制运载体：

GPS制导的控制运载体如附图1所示，它主要有对接弹体1，它是控制运载体的支撑底座并通过对称连接环2与其柔性管式单元链弹体相连，3是导向翼及支撑架，对接弹体1可通过联接机构4与控制运载主体5连接。

在控制运载主体5内部装备具有差分功能的GPS接收机和计算机的机电执行机构控制系统6。在运载主体外部上装有可控制的X型尾翼7，它的作用是既可提高灭火隔离弹制导的精度，又可提高它的自由落体滑翔航程。根据GPS制导的林用灭火隔离弹在空中的操纵性能的需要，对可控制的X型尾翼可以制成不对称的尾翼，以便利于操纵性能要求，8是GPS接收机的天线。

第二部分是灭火隔离弹体：

它是有N个(N≥1)柔性管式的单元链，首尾可以相互连结组成的一条长的类似于“锁链”式的灭火隔离弹体如附图2所示，其中每个单元链是一个基本的单元。在这个基本的单元链中，可以在柔性管状的链体部分内充填各种高效的爆炸灭火药而制成爆炸灭火隔离弹的基本单元，或者可以充填各种高效的化学灭火剂而制成化学灭火隔离弹的基本单元。

在附图3中的12是这种柔性管式的基本单元链的链体部分，每个基本的单元链具备一定的长度和灭火隔离的能量。13是弹体连结环，它用于和其它单元链相连接或者与GPS制导的控制运载体相连接。

在附图4的储运体16中装的是一个已经配备好的实用的GPS制导的林用灭火隔离弹，它用了3个GPS制导的控制运载体14挂接了2个单元链的链体部分15。这个储运体即是平时储运灭火隔离弹的工具，又是空投时的投放装置。

当灭火隔离弹在机身和机翼下外挂投放时：先打开储运体底部纵向门17后，再实施投放。

当灭火隔离弹在机舱内装载投放时：先使机身仰起并与水平线成一个角度后，再打开储运体后部门18实施投放。

③GPS制导的林用灭火隔离弹的特点：

GPS制导的林用灭火隔离弹是一个具有在陆上和海上全方位、全天候、高精度、自动化、高效益不受烟火及云雾等气候影响的三维的，实时连续制导控制功能的新一代林用灭火工具。

本发明能够大大推动林火扑救技术手段从数量优势向质量优势的转化，同时减少了后勤的补给负担。并且使林火扑救技术手段具有快速性、准确性、高效性、安全性。

本发明的效果与益处：

快速性：

飞机具有显著的快速性与机动性能，并且不受地面限制的远距离作战的现代化的运载工具。当它携带着GPS精确制导的高效灭火弹的空中优势时，能够进行大范围林火阻隔，快速穿插，以突破时间和空间的局限实施轮番扑救，并连续进行空中监视，直至完全扑灭和消除火灾的隐患。

准确性：

GPS是通过测量天空的24棵卫星中其中的4棵到用户接收机的伪距离，来确定接收机的三维位置和速度的。GPS系统中包含许多影响精度的因素，但是通过差分技术大部分误差可以消除。接收机在进行GPS观测的同时，也接收基准站的伪距修正数，对其伪距观测量进行修正。然后利用修正过的伪距进行定位计算，求解出精确的用户接收机的位置。由于这种修正能将公共误差抵消，从而提高了定位精度，使实时定位精度从100米提高到了3～5米。

高效性：

(1)爆炸灭火技术

例如：使用高氯酸钾和铁铝合金粉等化学原料作为爆破源，这些非炸药类物质运输携带十分方便，使用的安全性好。这种产品没有导爆装置，其引芯为新型材料，它可以利用林火自行引燃爆炸灭火。此外，爆炸的气浪和飞土又可直接扑灭明火，但抑制或阻止燃烧过程中的链锁化学反应是其主要功能。

(2)化学阻燃灭火技术

例如：使用航空型高效森林灭火阻火药剂，该药剂灭火效率为水的15倍，阻火性能持久，将使航空化学灭火发挥更大威力。药剂可用于航空携带的GPS制导下的投放喷洒，直接阻截止扑灭火头，清除火场余火，而且还可用于空中投放下的GPS制导来开设阻火隔离带。

安全性：

在林火扑救的管理中，消防队员和公众的生命安全是第一重要的。而现行的传统的灭火方式，容易造成扑救人员的大量伤亡。如果采用了这种GPS制导下的野外火扑救工具距高临下，就能够使扑救人员置于火海的危险之外。它就能够客观的保证，并最大限度的保障扑救人员的生命安全和最有效地扑救森林火灾。

因此，我们推广应用机载空投下的GPS精确制导技术控制的高效灭火隔离弹或者化学灭火隔离弹，再配合现有的一些灭火工具。在大力发展和应用3S技术(GIS、RS、GPS)的同时，并将3S技术进行有机的融合，通过积极预防和扑救，我们就可能避免发生森林大火及特大火灾，把森林火灾损失降低到最低限度。

附图说明

附图1是GPS制导的控制运载体的示意图。

图中：1对接弹体，2连结环，3导向翼及支撑架，4联接机构，5控制运载主体部分，6 GPS接收机和计算机控制系统，7 X型可控尾翼，8天线。

附图2是GPS制导的一个V字形高效爆炸灭火或者化学灭火隔离弹示意图。

图中：9 GPS制导的控制运载体，10 V字形的爆炸灭火隔离弹或者化学灭火隔离弹，11林区火场的火头方向。

附图3是柔性管式单元链灭火弹体示意图。

图中：12柔性管式单元链灭火弹体，13单元链弹体上的连结环。

附图4是GPS制导的高效爆炸灭火或化学灭火隔离弹及其储运体示意图。

14 GPS制导控制运载体，15以折叠或盘圆方式存放在储运体内的一个已经配备好的GPS制导的高效灭火隔离弹，16灭火隔离弹储运体，17储运体纵向开门锁，18储运体后部门。

具体实施方式

举一个实际利用本发明的方法和装置来扑救一场森林大火的试验性例子。以发生在1987年5月6日中国东北大兴安岭特大火灾为例，结合附图2所示的V字形灭火隔离弹。

根据国家林火预报系统提供的该林区着火点位置和火情的大小，使正在空中执行灭火巡航任务的机组(该机组装备着GPS制导的林用爆炸灭火和化学灭火隔离弹)迅速接近该林区火场位置上空。

在空投以前，起动已经配备好的GPS制导的林用爆炸灭火隔离弹。它用了3个(M＝3)GPS制导控制运载体，挂接了6个基本单元(N＝6)组成了一个实际长为600米的V字形爆炸灭火隔离弹。

当飞机进入林区火场的“可命中投弹区”时，将防火隔离带的地面坐标参数分别输入到3个GPS制导控制的运载体的计算机系统中。并对其中的一个起火点(它的地面坐标参数为：在5月6日14:08时，位于东经122°22’，北纬52°56’)实施最后的投放，在3个GPS制导控制运载体的实时引导控制作用下，在空中以V字形展开，并在空中滑翔下落时定位形成所需的防火隔离带形状。并在林区上空以快速，准确，高效和安全的命中地面火场目标，使命中精度可达3-5米(有差分站支持)。爆炸后形成了所需要的长度，宽度和深度形状的防火隔离带，并且有效的阻隔了这个火源向四周蔓延和沿火头方向的扩大，同时爆炸的气浪和飞土又直接扑灭了一部分明火。

据悉这场大火在大兴安岭漠河县最早有5个起火点，其中4个起火点分布在一个四边形的顶点上，它们的地面坐标参数分别为：

①5月6日14:08，位于东经122°22’，北纬52°56’。

②5月6日14:30，位于东经122°21’，北纬53°11’。

③5月6日14:00，位于东经123°15’，北纬53°05’。

④5月6日14:30，位于东经123°44’，北纬52°45’。

⑤5月7日12:30，位于东经123°48’，北纬53°23’。

使用以上类似的方法，根据防火指挥部的命令和林区火场的实际情况，再分别对其它4个起火点实施投放，分别炸开4个防火隔离带(如：一字形，V字形，马蹄形，圆环形等)，以此控制住林火的进一步扩大和蔓延。如果有必要可对其中的几个起火点实施再次投放爆炸灭火隔离弹和化学灭火隔离弹，最终彻底扑灭这个林区的火源，并控制住火灾的进一步的发展，以此避免发生了一场森林大火和特大的森林火灾。

Claims (1)

1.一种GPS制导的林用灭火隔离弹，其特征是：

a)用M个(M≥1)GPS制导的控制运载体，挂接N个(N≥1)柔性管式的单元链，连接组成一条似于“锁链”式的爆炸灭火隔离弹或者化学灭火隔离弹，每个单元链是一个基本的单元，这些相互连接的基本单元链在空投以前，它是以折叠或盘圆方式与GPS制导的控制运载体连接并一起存放在储运体内；

b)每个单元链具备的是爆炸灭火隔离或者是化学灭火隔离的功能，根据所要开设的防火隔离带的长度，宽度，深度，可以选配联接不同种功能和能量的单元链，以组合形成各种需要的爆炸灭火隔离弹或者化学灭火隔离弹，空投后在M个GPS制导的控制运载体的实时引导控制下，构成所需要的灭火隔离带形状，如：一字形、V字形、多边形、马蹄形、圆环形；

c)用一个GPS制导的主控制运载体，通过有线或无线信号可以同时控制多个非GPS制导控制的运载体的从属控制运载体，在从属控制运载体内没装有GPS制导控制系统，仅装有控制X型尾翼及其减速翼的机电执行机构；

d)用M个(M≥1)GPS制导的控制运载体，可以对接N个(N≥1)单元的流线形体的灭火弹而组成GPS制导的爆炸灭火弹或者化学灭火弹；

e)在GPS制导的控制系统中，可以用数字罗盘实时提供运载体的飞行方向信息来代替变结构控制器或者神经网络控制器的功能，在计算机系统的控制下对来自有差分信号的GPS接收机和数字罗盘提供的实时定位信号进行综合分析处理，并对运载体的飞行的姿态和方位、距离参数做出最优的控制决策；

f)GPS制导的控制运载体有与单元链对接的弹体和连结环，它可以与控制运载主体制成一体，根据GPS制导的林用灭火隔离弹在空中的操纵性能的需要，对可控制的X型尾翼可制成不对称的尾翼。

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