利用現(xiàn)代技術(shù)推進(jìn)山火科學(xué)防治

李后強(qiáng) 劉中南 張?bào)?/p>

? ?山火預(yù)防處置及問題

目前，四川省在山火防治上已經(jīng)做了大量細(xì)致的工作，取得了明顯成效。但面臨全省幅員遼闊的森林植被、復(fù)雜多樣的自然條件和有限的技術(shù)條件，山火的科學(xué)防治仍面臨嚴(yán)峻形勢(shì)。

一是衛(wèi)星結(jié)合人工監(jiān)測(cè)火情，準(zhǔn)確性和時(shí)效性不高。以涼山、甘孜和阿壩為代表的四川橫斷山脈三州地區(qū)、北部的秦巴山區(qū)和東南部的烏蒙山區(qū)具有極其復(fù)雜的地形、地質(zhì)、氣候和極其脆弱的生態(tài)條件，極容易發(fā)生以山火、泥石流、地震等為主的自然災(zāi)害。目前四川省的山火防治監(jiān)測(cè)預(yù)警工作，主要以設(shè)置人工觀測(cè)點(diǎn)和衛(wèi)星遙感觀測(cè)為主。由于橫斷山脈三州地區(qū)山勢(shì)陡峭，切割較深，人工觀測(cè)受制于山形阻隔，且容易被山區(qū)霧氣誤導(dǎo)，造成信號(hào)阻延和火情延判。衛(wèi)星遙感受制于山區(qū)垂直落差大、溫度和煙霧等因素影響，致使遙感信息準(zhǔn)確度不高，不能做到及時(shí)、精準(zhǔn)標(biāo)注起火點(diǎn)，更不能做到精準(zhǔn)分析和預(yù)測(cè)未來山火發(fā)生的概率和起火點(diǎn)。

二是信息化防治體系雖已建立，但統(tǒng)籌能力不夠強(qiáng)。四川省應(yīng)急消防管理系統(tǒng)現(xiàn)行的指揮體系，雖已實(shí)現(xiàn)了即時(shí)掌握消防撲救力量的實(shí)時(shí)分布情況，也能順利實(shí)現(xiàn)即時(shí)指揮調(diào)度，但受制于衛(wèi)星遙感、人工觀測(cè)的信息和數(shù)據(jù)收集準(zhǔn)確性時(shí)效性不高、數(shù)據(jù)不完整等因素，加之區(qū)域內(nèi)快速變化的風(fēng)速和陡峭的山勢(shì)，造成現(xiàn)有系統(tǒng)不能做到實(shí)時(shí)精確計(jì)算和預(yù)測(cè)火勢(shì)運(yùn)動(dòng)方向和速度，不能實(shí)現(xiàn)消防救援力量隨火勢(shì)發(fā)展進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)配置，耗散了現(xiàn)有消防應(yīng)急管理信息系統(tǒng)的統(tǒng)整能力，與現(xiàn)代化消防應(yīng)急指揮系統(tǒng)所需的實(shí)時(shí)信息收集、實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)決策、實(shí)時(shí)部署和高精度實(shí)時(shí)分析指揮調(diào)度的新要求存在較大差距。依托現(xiàn)有消防應(yīng)急管理體系，其結(jié)果仍然容易造成撲救人員對(duì)火災(zāi)核心區(qū)的蔓延方向預(yù)測(cè)不精準(zhǔn)，轉(zhuǎn)移和撤退的方向、時(shí)間把握不精確，以致貽誤滅火隊(duì)員最佳進(jìn)退時(shí)機(jī)，造成不必要的損失和傷亡，無法實(shí)現(xiàn)“治未燃”的理想目標(biāo)。

三是救援裝備雖不斷提升，但安全性和智能化不高。此次涼山山火撲救過程中已經(jīng)采用了航空森林消防等現(xiàn)代化方式，實(shí)施了空中巡護(hù)、火情偵察和吊桶滅火作業(yè)等現(xiàn)代化消防撲救措施，但是當(dāng)火勢(shì)猛烈的時(shí)候，直升機(jī)投下的水和阻燃劑產(chǎn)生的效力顯得十分有限，且消防直升機(jī)價(jià)格不菲，不能實(shí)現(xiàn)廣泛配置。少量的消防直升機(jī)的使用，其對(duì)撲火救援隊(duì)伍的實(shí)際支持作用顯得十分有限。同時(shí)，涼山是四川省交通基礎(chǔ)設(shè)施最薄弱的一個(gè)地區(qū)，尤其是山火易發(fā)山區(qū)的通行和通達(dá)能力更加薄弱，從而直接導(dǎo)致起火點(diǎn)發(fā)現(xiàn)到撲救人員到達(dá)，存在嚴(yán)重的時(shí)間滯后。這讓撲火隊(duì)伍到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，大多數(shù)情況面臨的都是已經(jīng)形成規(guī)模的山火災(zāi)情，處置危險(xiǎn)性已變得很高。另外，涼山的山地屬于橫斷山脈，垂直落差大，現(xiàn)有裝備和人員的攀爬進(jìn)入和及時(shí)撤離都非常困難，其花費(fèi)時(shí)間多，負(fù)重困難，撲救線路長(zhǎng)，設(shè)備長(zhǎng)度有限，難以直接抵達(dá)火場(chǎng)核心區(qū)域，直接影響滅火的時(shí)效性和有效性，對(duì)撲火隊(duì)員的生命安全造成巨大威脅。

? ?山火防治的建議

山火防治的首要任務(wù)是進(jìn)一步轉(zhuǎn)變防治思路，堅(jiān)持預(yù)防為主、端口前移，將山火防治控制在未發(fā)和初發(fā)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)早救、快救、科學(xué)救，科學(xué)預(yù)測(cè)山火發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，變“快滅火”為“治未燃”，將人工智能技術(shù)和裝備為核心的新技術(shù)廣泛應(yīng)用于四川省的山火科學(xué)防治之中。為此，我們提出如下建議：

以無源傳感技術(shù)為基礎(chǔ)，建立山區(qū)環(huán)境數(shù)據(jù)的全地全時(shí)段采集和分析系統(tǒng)。無源傳感裝備是不依賴于傳統(tǒng)電源的無源傳感器，以采集環(huán)境中的光能、射頻能、溫差能、振動(dòng)能等能源，并儲(chǔ)存于自身傳感器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)以十年為單位的長(zhǎng)周期自供能數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸工作。它能通過人工、無人機(jī)、機(jī)械狗等方式大規(guī)模、網(wǎng)格化的廣泛部署在山區(qū)的深山、峽谷、水域等中，用以即時(shí)采集諸如溫度、濕度、壓力、風(fēng)向風(fēng)速、煙霧、位移，甚至聲像等各類信息，并經(jīng)過快速加工處理后第一時(shí)間傳輸給后端平臺(tái)。該項(xiàng)技術(shù)近年來在多國(guó)的持續(xù)研發(fā)下已經(jīng)趨于成熟，隨著近期技術(shù)的更新和迭代，已初步具備實(shí)施部署條件。該系統(tǒng)形成聯(lián)網(wǎng)后，將形成三大優(yōu)勢(shì)：一是全地形數(shù)據(jù)采集。建立起覆蓋山區(qū)、峽谷、湖泊、草原等地貌的全地形數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)。二是全時(shí)段實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)全天候的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。三是全過程分析處理數(shù)據(jù)。通過傳感器末端芯片對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，形成分析結(jié)果回傳中樞處理系統(tǒng)，為下一步工作提供科學(xué)的大數(shù)據(jù)。

以大數(shù)據(jù)平臺(tái)和人工智能分析處理模塊為中樞，建立山火分級(jí)預(yù)警和指揮系統(tǒng)。依托于海量無源傳感裝置的實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)監(jiān)控分析處理平臺(tái)是防災(zāi)減災(zāi)的重要中樞，能通過人工智能算法第一時(shí)間預(yù)警、發(fā)現(xiàn)災(zāi)害和提供最佳處置方案。其中，可以通過溫度和濕度感應(yīng)數(shù)據(jù)，分級(jí)設(shè)定火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，用以指導(dǎo)下一步的預(yù)防措施的實(shí)施。例如，當(dāng)監(jiān)測(cè)反饋到某個(gè)區(qū)域出現(xiàn) 10 天以上連續(xù) 30℃以上高溫，且空氣濕度已下降到 15%以下，就可以通過專用直升機(jī)或無人機(jī)，對(duì)該區(qū)域提前實(shí)施補(bǔ)水，提升環(huán)境濕度，緩解高溫趨勢(shì)?？梢酝ㄟ^煙霧感應(yīng)和高溫感應(yīng)第一時(shí)間獲取準(zhǔn)確起火點(diǎn)，為下一步的快速精準(zhǔn)定點(diǎn)滅火做好準(zhǔn)備。還可以通過傳感器溫度和煙霧反饋，即時(shí)預(yù)測(cè)火勢(shì)短期方向，即時(shí)提醒撲火隊(duì)員，避免人員傷亡。該平臺(tái)的組建完成和其他相關(guān)應(yīng)急系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)并數(shù)據(jù)共享后，將形成三大優(yōu)勢(shì)：一是前沿科學(xué)的處理模塊。無源傳感器終端初步處理的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行匯總，由大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)科學(xué)設(shè)定的指示因子和分析模塊，進(jìn)行再加工，并根據(jù)形勢(shì)發(fā)展的實(shí)時(shí)變化給出下一步的科學(xué)指令，以供決策。二是捷敏超前的分級(jí)處置預(yù)警。根據(jù)大數(shù)據(jù)和人工智能處理系統(tǒng)可建立起全省山火分級(jí)處置和預(yù)警機(jī)制，逐步實(shí)現(xiàn)“治未燃”的目標(biāo)。三是有力有序的綜合指揮。建立起依托于實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法的科學(xué)有序的分級(jí)指令和指揮體系，實(shí)現(xiàn)初級(jí)自動(dòng)執(zhí)行—中級(jí)綜合智能指令—高級(jí)綜合決策建議的分級(jí)指令系統(tǒng)，以處理不同級(jí)別災(zāi)情和為高級(jí)別決策提供科學(xué)處置建議。

以無人機(jī)輔以各類機(jī)器人為載體，建立快速安全滅火的撲救系統(tǒng)。因新技術(shù)新裝備的成熟度和迭代速度差異，我們建議：一是構(gòu)建依托區(qū)域聯(lián)網(wǎng)無人機(jī)中隊(duì)為核心的快速山火處置體系。建立全省的市（州）—縣（市）—鄉(xiāng)鎮(zhèn)（社區(qū)）三級(jí)消防聯(lián)網(wǎng)聯(lián)動(dòng)體系。從消防支隊(duì)到消防站，各級(jí)配備數(shù)量不等的中大型消防無人機(jī)。根據(jù)實(shí)際情況，每個(gè)村鎮(zhèn)級(jí)消防站可設(shè)置2-5 臺(tái)，縣（市）級(jí)消防體系可總體設(shè)置30-50臺(tái)，市（州）級(jí)消防無人機(jī)大隊(duì)?wèi)?yīng)總體達(dá)到 150-250臺(tái)。區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的消防無人機(jī)大隊(duì)在指揮、偵察、滅火、救援過程中要實(shí)現(xiàn)“四精準(zhǔn)”：首先，精準(zhǔn)指揮。主要負(fù)責(zé)攜帶高清高變倍相機(jī)做現(xiàn)場(chǎng)巡視，將實(shí)時(shí)畫面回傳指揮中心，結(jié)合無源傳感器提供的實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)，為消防指揮決策提供依據(jù)。其次，精準(zhǔn)偵察。攜帶紅外熱成像儀，或雙光云臺(tái)，用于火場(chǎng)火源的位置監(jiān)測(cè)。攜帶氣體探測(cè)器，監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)有毒有害氣體濃度和擴(kuò)散情況。能有針對(duì)性地采用無人機(jī)搭載相關(guān)化學(xué)、物理消防物資進(jìn)行消毒和降塵。其三，精準(zhǔn)撲滅。攜帶水、滅火彈、滅火劑等，實(shí)施高火警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的降災(zāi)處理、火災(zāi)初始的精準(zhǔn)滅救和火災(zāi)期間的大規(guī)?？罩袚錅绲?。其四，精準(zhǔn)救援。攜帶防火設(shè)備、防毒面具、水、食物等自救物資，用于精準(zhǔn)空投，救助被困人員。單一無人機(jī)并不能解決根本問題，但當(dāng)區(qū)域內(nèi)組建形成一定規(guī)模的消防無人機(jī)隊(duì)伍后，可以在短時(shí)間形成大規(guī)模水和滅火劑的投放力量，并以最快的速度參與山火發(fā)生后的處置，實(shí)現(xiàn)山火已經(jīng)發(fā)生情況下的快速精準(zhǔn)撲滅。二是依托多足和履帶式等機(jī)器人組建新型機(jī)械化消防應(yīng)急處理力量。目前，國(guó)內(nèi)外在運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的研發(fā)方面已經(jīng)取得較大突破，誕生了“波士頓動(dòng)力”等知名企業(yè)和“波士頓大狗”等知名機(jī)器人。國(guó)內(nèi)頂尖科研院校也已跟進(jìn)研發(fā)出類似機(jī)器人，且將單機(jī)成本降低到了20萬元以內(nèi)。隨著技術(shù)迭代加快，可以預(yù)見未來兩到三年，該類機(jī)器人智能化程度將進(jìn)一步提升，成本將進(jìn)一步下降，為其大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用提供了可能。為此，建議四川省未來組建大規(guī)模消防機(jī)器人隊(duì)伍，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化智能化撲救，既可深入復(fù)雜地形和火場(chǎng)內(nèi)部滅火和救援，又可避免消防人員的傷亡。

（李后強(qiáng)系四川省社會(huì)科學(xué)院黨委書記，教授、博士生導(dǎo)師，四川省委省政府決策咨詢委員會(huì)?副主任;劉中南、張?bào)尴邓拇ㄊ∩鐣?huì)科學(xué)院區(qū)?域經(jīng)濟(jì)與城市發(fā)展研究所助理研究員）