淺談數(shù)字賦能在森林防火工作中的應(yīng)用?

于文章 王澤民 馮 雪 潘學(xué)建 王啟余 公 梅 孫 偉

（蒙陰縣國(guó)有林場(chǎng)總場(chǎng)，山東 臨沂 276200）

森林火災(zāi)是對(duì)森林資源威脅最大的自然災(zāi)害之一，關(guān)乎生態(tài)環(huán)境建設(shè)與發(fā)展、國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)安全[1-2]。近十年來(lái)，已查明火因的森林火災(zāi)中，人為原因引發(fā)的占97%以上，其中，野外火源是引發(fā)森林火災(zāi)的最主要因素[3]。為此，全國(guó)各地不斷加大“人防”“物防”“技防”投入力度，逐步形成了“人防+物防+技防”的三防體系，森林資源得到有效保護(hù)，森林火災(zāi)發(fā)生率也逐年遞減。然而，做好森林防火工作任重而道遠(yuǎn)，特別是在技防能力建設(shè)上，存在森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警滯后、撲火能力基礎(chǔ)不足、視頻監(jiān)控覆蓋率不高等問(wèn)題[4-5]。隨著信息化、數(shù)字化、智能化進(jìn)程的發(fā)展，森林防火工作也進(jìn)入數(shù)字賦能快速發(fā)展階段[6]。本文通過(guò)探討數(shù)字賦能在森林防火工作中的應(yīng)用，推動(dòng)數(shù)字賦能在森林防火建設(shè)上能夠高效實(shí)踐，為森林防火工作提供研究思路和決策方向。

1 數(shù)字賦能概念和重要性

1.1 概念

從狹義上講，數(shù)字賦能是利用互聯(lián)網(wǎng)、信息系統(tǒng)等信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將整個(gè)社會(huì)復(fù)雜多變的數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)[7]，整合優(yōu)化到計(jì)算機(jī)內(nèi)，通過(guò)建立可識(shí)別、可計(jì)算、可統(tǒng)計(jì)的數(shù)字化模型或體系，對(duì)具體業(yè)務(wù)進(jìn)行數(shù)字化賦能，以達(dá)到提高效率、降低成本、提升準(zhǔn)確率的目的。

從廣義上講，數(shù)字賦能是基于大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、5G、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、軟件、人工智能等數(shù)字化手段[8]，推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)、綠色經(jīng)濟(jì)等融合發(fā)展，對(duì)政府部門(mén)、企業(yè)等各類(lèi)組織的組織體系進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，這是一種復(fù)雜性、整體性、系統(tǒng)性的新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，也是實(shí)現(xiàn)賦能模式下創(chuàng)新和業(yè)務(wù)突破的技術(shù)核心。

1.2 重要性

大數(shù)據(jù)環(huán)境下，隨著我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)和智能化的蓬勃發(fā)展[9]，數(shù)字賦能成為新技術(shù)革命的產(chǎn)物，這是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然選擇，是加快經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要[10]，是全面貫徹新發(fā)展理念的必然要求[11]。數(shù)字賦能的發(fā)展有利于破解行業(yè)領(lǐng)域中難點(diǎn)、堵點(diǎn)和痛點(diǎn)問(wèn)題，有利于提升社會(huì)公共服務(wù)便捷化、高效化水平，有利于加快推進(jìn)數(shù)字中國(guó)、數(shù)字強(qiáng)省建設(shè)步伐。對(duì)于森林防火工作而言，用好數(shù)字賦能，不僅能精準(zhǔn)識(shí)別、及時(shí)追蹤新發(fā)生的森林火情，為火情接警處理、智能輔助決策、多部門(mén)指揮調(diào)度、科學(xué)系統(tǒng)治理提供支撐，而且能推動(dòng)森林防火治理體系和治理能力現(xiàn)代化邁向數(shù)字化、智能化、信息化時(shí)代。

2 森林防火數(shù)字賦能平臺(tái)構(gòu)建

森林防火數(shù)字賦能平臺(tái)的構(gòu)建是以縣級(jí)以上層面為單位，基于生態(tài)環(huán)保一張圖、生態(tài)林業(yè)一張圖、數(shù)字城市一張圖3個(gè)模塊，利用森林消防隊(duì)伍、護(hù)林員、防火檢查站人員和防火物資、無(wú)人機(jī)飛防、視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控、熱點(diǎn)成像報(bào)警等大數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)從接警、調(diào)度、決策、處置流程的全面科學(xué)化、智能化。

2.1 生態(tài)環(huán)保一張圖

生態(tài)環(huán)保一張圖是整合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備，采用靜態(tài)、動(dòng)態(tài)一體化的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)匯集大氣、水源等數(shù)據(jù)，為森林防火提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析。其中，水生態(tài)模塊匯聚河流、水庫(kù)、塘壩等詳細(xì)信息，包括位置、水流量或容量等，當(dāng)發(fā)生火情后，可第一時(shí)間將最近水源信息報(bào)告至前線(xiàn)指揮。大氣生態(tài)模塊通過(guò)接入大氣衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)，對(duì)天氣狀態(tài)、空氣數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)顯示，包括綜合風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)頻次數(shù)、氣溫等，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，來(lái)研判當(dāng)天的森林火險(xiǎn)等級(jí)。

2.2 生態(tài)林業(yè)一張圖

生態(tài)林業(yè)一張圖是利用高光譜機(jī)載雷達(dá)對(duì)林區(qū)進(jìn)行全息掃描，掌握林區(qū)三維地形和資源狀況，包括林木種類(lèi)、數(shù)量、密度、郁閉度、覆蓋率、位置、大小等，為森林防火監(jiān)測(cè)部署提供重要基礎(chǔ)依據(jù)。通過(guò)三維模型將林業(yè)資源基礎(chǔ)信息、生態(tài)資源信息和應(yīng)急資源融入一張圖，對(duì)山林檢查站、護(hù)林房、森林防火監(jiān)控、消防水池、森林消防通道、山林水庫(kù)與河流等基礎(chǔ)信息空間分布情況進(jìn)行詳細(xì)展示。

2.3 數(shù)字城市一張圖

數(shù)字城市一張圖是對(duì)城市規(guī)劃區(qū)及周邊重點(diǎn)林區(qū)，通過(guò)建立城市實(shí)景三維模型，結(jié)合城市現(xiàn)有地理信息數(shù)據(jù)、城市管理數(shù)據(jù)、政府資源數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)接天網(wǎng)、城管、交通等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，整合視頻監(jiān)控，將城市路網(wǎng)、管網(wǎng)、城市規(guī)劃等重點(diǎn)信息進(jìn)行可視化展現(xiàn)，為森林防火提供更加精準(zhǔn)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)依據(jù)。

3 數(shù)字賦能在森林防火工作中應(yīng)用

大數(shù)據(jù)時(shí)代，可以通過(guò)數(shù)據(jù)分析獲取很多現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行參數(shù)及其特征，反映現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工作情況。通過(guò)森林防火數(shù)字賦能平臺(tái)，構(gòu)建高空衛(wèi)星遙感觀測(cè)、中空無(wú)人機(jī)定點(diǎn)巡查、低空林火視頻監(jiān)控、防火檢查站視頻監(jiān)控和地面網(wǎng)格化護(hù)林防火巡查“五位一體”的多維感知森林防火一體化監(jiān)測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)森林防火打早、打小、打了目標(biāo)[12]，有效提高綜合防控能力。

3.1 高空衛(wèi)星遙感觀測(cè)

為實(shí)現(xiàn)森林防火全時(shí)段、大范圍、反應(yīng)迅速的煙火監(jiān)測(cè)需求，通過(guò)對(duì)接多源衛(wèi)星火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)[13]，實(shí)時(shí)獲取過(guò)境高分衛(wèi)星的熱點(diǎn)圖像，對(duì)全地表火情類(lèi)型進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。利用靜止（H8、FY-4）+極軌（FY-3B、C、D、NPP、Terra、Aqua等）衛(wèi)星資源進(jìn)行高密度衛(wèi)星觀測(cè)，監(jiān)測(cè)頻次可以達(dá)到10 min/次，最小監(jiān)測(cè)面積100 m2，實(shí)現(xiàn)從衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、火點(diǎn)提取、虛假熱點(diǎn)剔除、熱點(diǎn)信息分發(fā)全流程自動(dòng)化，為森林防火提供高頻次、高精度、不間斷的監(jiān)測(cè)預(yù)警。

3.2 中空無(wú)人機(jī)定點(diǎn)巡查

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的逐漸成熟，無(wú)人機(jī)在日常巡防和火情處置工作中發(fā)揮的作用越來(lái)越重要，也有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)森林防火工作存在的不足，具有廣闊的發(fā)展前景[14-15]。通過(guò)在重點(diǎn)林區(qū)安裝全智能無(wú)人機(jī)森林安防系統(tǒng)，與無(wú)線(xiàn)通訊設(shè)備、紅外攝像等設(shè)備相結(jié)合，利用無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)靈活、使用方便和工作效率高等特點(diǎn)，運(yùn)用無(wú)人機(jī)、AI智能、遙感監(jiān)測(cè)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)在無(wú)人干預(yù)的情況下，對(duì)整個(gè)林區(qū)的監(jiān)控盲區(qū)進(jìn)行全天候定點(diǎn)晝夜巡查、火情排查和搜尋救援等工作。

3.3 低空林火視頻監(jiān)控

依托移動(dòng)、聯(lián)通、電信等運(yùn)營(yíng)商基站鐵塔30～50 m的高度優(yōu)勢(shì)，在重點(diǎn)林區(qū)部署雙光譜森林防火可視化智能監(jiān)控，使林區(qū)監(jiān)控全覆蓋，以滿(mǎn)足低空3～5 km的遠(yuǎn)距離監(jiān)控需求，可對(duì)監(jiān)控點(diǎn)附近的山區(qū)、林區(qū)、村落、農(nóng)田等進(jìn)行全天候、遠(yuǎn)距離煙霧和熱成像監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)可視范圍內(nèi)24 小時(shí)不間斷火情監(jiān)測(cè)，當(dāng)感知到可疑煙霧或熱感達(dá)到閾值時(shí)，可將火點(diǎn)發(fā)生的時(shí)間、地區(qū)、經(jīng)緯度、所屬地表類(lèi)型以及實(shí)時(shí)影像，同步推送到智能研判平臺(tái)，第一時(shí)間進(jìn)行人工研判。

3.4 防火檢查站視頻監(jiān)控

森林防火檢查站是通往林區(qū)的第一道防線(xiàn)，在宣傳警示、留置火種、人員勸返、火情報(bào)告等方面，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過(guò)在重點(diǎn)林區(qū)周邊的森林防火檢查站安裝視頻監(jiān)控，與森林防火數(shù)字賦能平臺(tái)、螢石云平臺(tái)手機(jī)端聯(lián)通，可實(shí)時(shí)監(jiān)控值班人員值班值守和現(xiàn)場(chǎng)火種收繳情況。同時(shí)，可利用“二維碼”技術(shù)，在森林防火檢查站設(shè)置防火碼、場(chǎng)所碼、導(dǎo)航碼“一站三碼”式服務(wù)，實(shí)現(xiàn)防火檢查站信息登記、通行安全、督導(dǎo)檢查智能化、便捷化。在高火險(xiǎn)期，督查組還可直插現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)督導(dǎo)，推動(dòng)森林防火各項(xiàng)措施落地落實(shí)。

3.5 地面網(wǎng)格化護(hù)林防火巡查

網(wǎng)格化管理是一種數(shù)字化管理模式[16]，是數(shù)字化賦能的具體體現(xiàn)。為進(jìn)一步提高森林防火工作效率，根據(jù)屬地管理、地理分布、現(xiàn)狀管理等原則，通過(guò)構(gòu)建“縣、鎮(zhèn)、村、片”四級(jí)網(wǎng)格化責(zé)任體系，建立“縣包鎮(zhèn)、鎮(zhèn)包村、村包片、護(hù)林員一線(xiàn)巡護(hù)”的工作格局，并按照每人平均巡查面積約33.33 hm2為標(biāo)準(zhǔn)，由一線(xiàn)護(hù)林員組成地面網(wǎng)格化護(hù)林防火隊(duì)伍，開(kāi)展護(hù)林防火巡查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)火情時(shí)，護(hù)林員可利用手持PDA巡護(hù)終端，上傳火點(diǎn)預(yù)警，系統(tǒng)自動(dòng)定位經(jīng)緯度位置，森林防火數(shù)字賦能平臺(tái)將按照應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行不同等級(jí)應(yīng)急事件的處置。

4 數(shù)字賦能下森林防火處置流程

數(shù)字賦能推動(dòng)森林防火工作，使保護(hù)森林資源的工作更加高效、安全。當(dāng)發(fā)生火情時(shí)，應(yīng)按照如下流程處置：1）森林防火數(shù)字賦能平臺(tái)通過(guò)雙光譜監(jiān)控的前端感知，對(duì)火點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)鎖定、識(shí)別，并在平臺(tái)發(fā)出預(yù)警；2）接到報(bào)警信息后，應(yīng)急值守人員會(huì)通過(guò)可見(jiàn)光和熱成像圖片進(jìn)行研判，查看報(bào)警錄像回放，同時(shí)，調(diào)集附近的無(wú)人機(jī)飛赴現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行空中偵查，查看火點(diǎn)實(shí)時(shí)情況；3）通過(guò)火警圖片和無(wú)人機(jī)航拍等綜合研判，確定火點(diǎn)位置，再由應(yīng)急值守人員及時(shí)將火警通過(guò)APP平臺(tái)推送給駐地護(hù)林員手機(jī)端，督促屬地單位抓緊組織人員進(jìn)行處置；4）護(hù)林員接到推送的火警信息后，第一時(shí)間向上級(jí)報(bào)告情況，并組織人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)處置，迅速控制火情。

如果著火點(diǎn)位置在高山密林區(qū)，小規(guī)模防火人員無(wú)法短時(shí)間進(jìn)行撲救時(shí)，應(yīng)急值守人員會(huì)通過(guò)平臺(tái)，依據(jù)應(yīng)急處置預(yù)案調(diào)度專(zhuān)業(yè)消防救援力量、醫(yī)療、交警、公安進(jìn)行聯(lián)合作戰(zhàn)。同時(shí)，對(duì)所需防火物資進(jìn)行查詢(xún)、調(diào)度和配送。結(jié)合路網(wǎng)數(shù)據(jù)科學(xué)提供參考救援路線(xiàn)，并融合天氣、風(fēng)力、風(fēng)向、風(fēng)速等信息提供蔓延分析等輔助功能。根據(jù)火勢(shì)蔓延發(fā)展，平臺(tái)還提供圈選分析功能掌握周邊POI資源，并提供火點(diǎn)周邊參考疏散路線(xiàn)。通過(guò)森林防火數(shù)字賦能平臺(tái)，可以看到無(wú)人機(jī)、單兵終端對(duì)處置過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)直播，實(shí)現(xiàn)火情現(xiàn)場(chǎng)看的見(jiàn)、摸的著，為可視化指揮、智能化決策提供信息支撐。通過(guò)接入消防車(chē)輛的實(shí)時(shí)位置、軌跡和現(xiàn)場(chǎng)護(hù)林員視頻連線(xiàn)，提高應(yīng)急指揮調(diào)度效率。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)構(gòu)建“空天地”“五位一體”的多維感知森林防火數(shù)字賦能平臺(tái)，使森林防火工作更加高效、安全和全面。特別是面向“十四五”，隨著數(shù)字賦能的快速發(fā)展，不僅有力推動(dòng)傳統(tǒng)森林防火管理方式向數(shù)字賦能的數(shù)字化、智能化、信息化、科學(xué)化方向轉(zhuǎn)變，而且對(duì)促進(jìn)林業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展也具有十分重大的積極作用。重點(diǎn)立足林業(yè)安全主線(xiàn)，以打造基礎(chǔ)信息設(shè)施為支撐，森林防火重點(diǎn)任務(wù)為突破，融合數(shù)字賦能應(yīng)用創(chuàng)新為引領(lǐng)，數(shù)字能力提升為關(guān)鍵，數(shù)字生態(tài)優(yōu)化建設(shè)為保障，全面推動(dòng)森林防火工作向數(shù)字賦能化方向發(fā)展。同時(shí)，也為其他行業(yè)提供有益借鑒和啟示，搶抓數(shù)字革命重要機(jī)遇期，推動(dòng)數(shù)字化賦能戰(zhàn)略深入實(shí)施，營(yíng)造開(kāi)放、共享、高效、安全的數(shù)字生態(tài)。