大數(shù)據(jù)技術(shù)在廣東省乳陽林場森林防火中的應(yīng)用

摘 要 信息技術(shù)賦能林業(yè)管理的時代背景下，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為代表的先進(jìn)技術(shù)和系統(tǒng)開啟了智慧林業(yè)管理的新模式。因此，積極探討大數(shù)據(jù)技術(shù)在森林防火中的創(chuàng)新應(yīng)用具有現(xiàn)實必要性。為明確大數(shù)據(jù)技術(shù)在林業(yè)防火管理中的應(yīng)用前景，以廣東省乳陽林場為例，分析了當(dāng)前嚴(yán)峻的森林火災(zāi)形勢，在此基礎(chǔ)上從構(gòu)建森林火災(zāi)預(yù)測系統(tǒng)、分析火災(zāi)發(fā)生規(guī)律、篩選并預(yù)報火災(zāi)主導(dǎo)因子、高效處理林火因子和及時預(yù)報林火行為等方面論述了大數(shù)據(jù)技術(shù)在森林防火中的具體應(yīng)用，以乳陽林場基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的森林防火管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，論述了大數(shù)據(jù)技術(shù)在森林防火中的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞 森林防火；大數(shù)據(jù)技術(shù)；應(yīng)用表現(xiàn)；廣東省乳陽林場

中圖分類號：S762 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.10.031

森林防火是森林資源防護(hù)管理的難點與重點問題，在防火應(yīng)對及管理中需要信息技術(shù)的支持，需要先進(jìn)系統(tǒng)的輔助。大數(shù)據(jù)技術(shù)就是在這樣的背景下應(yīng)用于森林防火管理，做到了森林火災(zāi)的科學(xué)防范與應(yīng)對。以大數(shù)據(jù)技術(shù)高速、準(zhǔn)確的信息傳遞和高度的信息共享為基礎(chǔ)，科學(xué)構(gòu)建森林防火預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)，可以用來分析火災(zāi)規(guī)律，篩選林火預(yù)報的主導(dǎo)因子，處理林火風(fēng)險，實現(xiàn)了森林火災(zāi)的可防與可控。因此，關(guān)于大數(shù)據(jù)技術(shù)在森林防火中的創(chuàng)新應(yīng)用探討具有現(xiàn)實必要性。

1 必要性

廣東省乳陽林場位于粵北南嶺山脈中心偏南地帶，地跨韶關(guān)市乳源縣、樂昌市與清遠(yuǎn)市陽山縣，北與湖南莽山國家森林公園相鄰。截至2023年，林場內(nèi)設(shè)7個科室，下設(shè)9個管護(hù)站。乳陽林場經(jīng)營總面積3.67萬hm2。林地面積2.95萬hm2，生態(tài)公益林面積2.78萬hm2，占林地面積的94.2%，森林蓄積量256.5萬m3，森林覆蓋率96.8%。目前，乳陽林場在森林防火工作中仍存在一些難以解決的問題，對森林資源安全形成了一定的威脅，制約林業(yè)發(fā)展。因此，加強森林火災(zāi)防范，建立科學(xué)的森林火災(zāi)防控體系十分必要[1]。在這樣嚴(yán)峻的森林防火時代背景和現(xiàn)實情形下，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為代表的新型技術(shù)在森林防火中發(fā)揮了實效，為森林防火工作的高效率和高質(zhì)量開展提供具體的參考、借鑒。

大數(shù)據(jù)技術(shù)作為一種先進(jìn)的信息技術(shù)，是當(dāng)前最為先進(jìn)的數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)之一，其具有信息海量、傳播速度快、數(shù)據(jù)類型多樣、數(shù)據(jù)信息價值高等優(yōu)勢，在多個領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。將其用于森林防火可以在實現(xiàn)對森林資源科學(xué)調(diào)查與分析基礎(chǔ)上，對森林交通情況、動態(tài)變化情況、火災(zāi)風(fēng)險發(fā)育情況等進(jìn)行實時監(jiān)測與判斷。同時大數(shù)據(jù)技術(shù)支持歷史數(shù)據(jù)的橫向、縱向分析，能做到對海量林業(yè)數(shù)據(jù)的高效處理與深度挖掘，提供森林防火具體的科學(xué)依據(jù)，加大森林火災(zāi)防范預(yù)警的及時性。因此，可以肯定地說，將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于森林防火管理具有現(xiàn)實必要性。

2 大數(shù)據(jù)技術(shù)在森林火災(zāi)防范應(yīng)對中的應(yīng)用

2.1 構(gòu)建森林火災(zāi)預(yù)測系統(tǒng)

在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，林業(yè)工作人員可以科學(xué)構(gòu)建森林火災(zāi)預(yù)測系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)高速、大量和準(zhǔn)確的優(yōu)勢，讓森林火災(zāi)系統(tǒng)實現(xiàn)局部范圍內(nèi)林火的科學(xué)預(yù)測。在大數(shù)據(jù)技術(shù)的綜合分析與數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)上，提高林火預(yù)報的及時性與準(zhǔn)確性。

2.2 分析火災(zāi)發(fā)生規(guī)律

森林火災(zāi)的發(fā)生有著既定的規(guī)律，大數(shù)據(jù)技術(shù)在森林火災(zāi)中的應(yīng)用也有利于對森林火災(zāi)發(fā)生規(guī)律的科學(xué)預(yù)測與把握。在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，林業(yè)工作人員通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學(xué)歸類，獲取有效信息預(yù)測火災(zāi)發(fā)生的規(guī)律和演變趨勢。而大數(shù)據(jù)技術(shù)還可以捕捉火點進(jìn)行遙感統(tǒng)計，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計可能發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域，探明火災(zāi)演變規(guī)律，預(yù)估危害程度等[2]。特別是在聚類算法的支持下實現(xiàn)森林火災(zāi)由點到面的監(jiān)管、控制，使得人們科學(xué)把控林火的時空分布特征，聚焦重點區(qū)域，提出針對性的火災(zāi)防范應(yīng)對舉措。

2.3 篩選并預(yù)報火災(zāi)主導(dǎo)因子

篩選并預(yù)報火災(zāi)主導(dǎo)因子也是大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于森林防火的一大亮點。因為影響森林火災(zāi)發(fā)生的隨機(jī)因子比較多，在處理及分析時比較棘手。有了大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持，林業(yè)工作人員可以更高效地篩選出林火預(yù)報的主導(dǎo)因子，做到對森林火災(zāi)的科學(xué)防范應(yīng)對。大數(shù)據(jù)技術(shù)具有海量信息高速處理優(yōu)勢，可以通過Logistic回歸或逐步回歸檢驗分析預(yù)報因子對預(yù)報的貢獻(xiàn)，得分范圍比較小的因子可以剔除[3]。鑒于林火是動態(tài)發(fā)展的，受自然因素、人為因素多種因素綜合影響明顯，而大數(shù)據(jù)技術(shù)可以快速地捕捉到這些因素，以回歸檢驗分析確定起主導(dǎo)作用的因子，提升森林火災(zāi)防范應(yīng)對的針對性與科學(xué)性。

2.4 高效處理林火因子

對于森林防火管理來說，也可以基于大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行森林火災(zāi)因子的高效處理?？茖W(xué)獲取信息及精準(zhǔn)處理信息是高效處理林火因子的第一步。在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，森林火災(zāi)風(fēng)險應(yīng)對靈敏度更高、結(jié)果更精準(zhǔn)。工作人員可借助傳感器系統(tǒng)獲得林區(qū)溫度、濕度、風(fēng)向等詳細(xì)數(shù)據(jù)，同時以大數(shù)據(jù)技術(shù)為支持獲取降水、含水量等參數(shù)，借助對歷史數(shù)據(jù)的調(diào)閱與分析，準(zhǔn)確預(yù)測森林火災(zāi)主導(dǎo)風(fēng)險因子，提前制訂科學(xué)的林火應(yīng)對舉措，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下的林火主導(dǎo)因子的科學(xué)處理，讓森林火災(zāi)防范落到實處、取得實效。

2.5 及時預(yù)報林火行為

大數(shù)據(jù)技術(shù)在森林防火中的應(yīng)用也體現(xiàn)在科學(xué)預(yù)報林火行為。林火行為預(yù)報是指火災(zāi)發(fā)生以后，對火災(zāi)的蔓延方向、蔓延速度、危害程度、火勢強度、火災(zāi)風(fēng)險等進(jìn)行全面評估。火災(zāi)受各要素綜合影響，動態(tài)變化性大，蔓延速度、火勢強度、火焰高度等主要行為時刻處于動態(tài)變化中，增加了防范應(yīng)對的難度。應(yīng)充分考慮溫度、可燃物、地形等的影響，抓好對動態(tài)變化因子的分析。大數(shù)據(jù)技術(shù)為這些要素的科學(xué)采集與高效處理提供了強大的技術(shù)支持，林業(yè)工作人員以此制訂科學(xué)的林火撲救方案，最大限度保障人民群眾生命財產(chǎn)安全。

3 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的森林防火管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)在森林防火管理中的多種應(yīng)用優(yōu)勢，各大林區(qū)也建立了基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)，以優(yōu)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來森林防火管理實效的穩(wěn)步提升。森林防火管理系統(tǒng)主要包括三大部分，分別為多維感知層、大數(shù)據(jù)中間平臺和多層級融合運用層[4]。廣東省乳陽林場基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用探索，逐漸建立了完善的森林防火管理系統(tǒng)，在森林火災(zāi)防范與應(yīng)對中取得突出成就。

3.1 構(gòu)建天、空、地一體化的多維感知體系

在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，乳陽林場構(gòu)建了融合天、空、地的立體化林區(qū)多維感知體系，可以進(jìn)行林場的全天候與立體多維監(jiān)測。該系統(tǒng)主要對森林資源、林區(qū)環(huán)境、人員活動等進(jìn)行全方位的監(jiān)測，在衛(wèi)星遙感、航空監(jiān)測等技術(shù)的支持下進(jìn)行實時監(jiān)測，做到了對林區(qū)要素動態(tài)變化情況的敏銳感知，帶來了林區(qū)管理深度的提升。

乳陽林場以大數(shù)據(jù)技術(shù)為支持，積極發(fā)揮多信息融合通信優(yōu)勢，讓監(jiān)測一體化平臺成熟運作，發(fā)揮監(jiān)管實效。1）大數(shù)據(jù)技術(shù)可以及時處理航空遙感、氣象雷達(dá)、機(jī)器視覺等采集到的火災(zāi)風(fēng)險因素，借助覆蓋整個森林的視覺智能識別系統(tǒng)對火災(zāi)苗頭進(jìn)行早期預(yù)警，以大數(shù)據(jù)技術(shù)對火災(zāi)風(fēng)險要素的精準(zhǔn)分析遏制重大林火事故的發(fā)生。2）以大數(shù)據(jù)技術(shù)為支持建立的多維感知體系可以借助重點林區(qū)、林場安裝的監(jiān)測設(shè)備獲取林區(qū)負(fù)氧離子、PM2.5、氣象、土壤、樹木生長指標(biāo)等數(shù)據(jù)信息，計算林業(yè)為社會生產(chǎn)生活提供的生態(tài)價值總量和貢獻(xiàn)值，用直觀的數(shù)據(jù)體現(xiàn)森林生態(tài)服務(wù)功能價值。3）乳陽林場在大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下建立起來的“空天地”立體綜合監(jiān)測體系，通過對海量數(shù)據(jù)的集中存儲和個性分析，實現(xiàn)全業(yè)務(wù)綜合可視化集中管理運營。把林業(yè)生態(tài)大數(shù)據(jù)中心打造成集生態(tài)資源數(shù)據(jù)集中管理、內(nèi)部流程控制、資源共享等的生態(tài)資源數(shù)據(jù)協(xié)同共享示范樣板，為全行業(yè)發(fā)展提供更具科學(xué)性、精準(zhǔn)性、時效性和前瞻性的決策依據(jù)。

3.2 構(gòu)建信息高度共享的林業(yè)防火數(shù)據(jù)平臺

在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，乳陽林場構(gòu)建起了信息高度共享的林業(yè)防火數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)對林業(yè)管理相關(guān)數(shù)據(jù)的科學(xué)采集與高效處理。在可視化的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)支持下，林火預(yù)警與預(yù)測更科學(xué)。林業(yè)防火大數(shù)據(jù)平臺在處理數(shù)據(jù)時采取深度學(xué)習(xí)算法和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以智能化、個性化地幫助用戶獲取所需要的有效信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)果的剖析，從而輔助林業(yè)管理人員在“知己知彼”的基礎(chǔ)上做出防火管理的科學(xué)決策，大大提高防火機(jī)械、設(shè)施及人員的工作效率，優(yōu)化配置森林火災(zāi)防范應(yīng)對資源。

林業(yè)防火大數(shù)據(jù)平臺能多渠道、精準(zhǔn)地采集信息，能快速地從各類數(shù)據(jù)中獲取有價值的信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)的高效處理、科學(xué)分析、風(fēng)險預(yù)警及快速交換等，實現(xiàn)了信息共享基礎(chǔ)上的高效、高價值利用[5]。乳陽林場目前運作成熟的生態(tài)大數(shù)據(jù)中心，已基本摒棄以紙質(zhì)為主的數(shù)據(jù)存儲和報送模式，所有數(shù)據(jù)報送統(tǒng)計都可以在系統(tǒng)內(nèi)直接生成，確保了數(shù)據(jù)的時效性、真實性和可靠性，加快實現(xiàn)了“林業(yè)數(shù)據(jù)一套表”和“林業(yè)資源一張圖”。通過整合政務(wù)信息，將原來各部門分散統(tǒng)計形成的信息孤島一一打通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一和共享，“一張圖”實現(xiàn)動態(tài)更新。

大數(shù)據(jù)技術(shù)平臺支持下的乳陽林場智慧化林業(yè)管理程度加深，成果喜人。例如，乳陽林場開展了森林二類資源調(diào)查與營造林實績調(diào)查工作，調(diào)查人員基于大數(shù)據(jù)技術(shù)輕裝上陣，只需要以大數(shù)據(jù)平臺為技術(shù)支撐，攜帶羅盤、GPS定位系統(tǒng)就可以同時記錄林場的林分情況，評估林場的造林成果和水平?！耙粡垐D”反饋更及時到位，可視化呈現(xiàn)增加了數(shù)據(jù)利用的便捷性，大大減輕了調(diào)查人員和林業(yè)工作人員的數(shù)據(jù)采集壓力、難度。在引入大數(shù)據(jù)云平臺后，乳陽林場的工作人員還可以于野外隨時使用移動終端記錄基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，及時傳輸反饋數(shù)據(jù)、共享利用數(shù)據(jù)，實現(xiàn)林業(yè)管理、林火防范的數(shù)字化賦能。

3.3 建立林業(yè)海量數(shù)據(jù)預(yù)警與預(yù)測體系

在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，乳陽林場也構(gòu)建了林業(yè)海量數(shù)據(jù)的實時預(yù)警和預(yù)測體系，用于森林防火管理，實現(xiàn)森林防火管理決策的科學(xué)化與防火管理部門間的協(xié)同。這一功能的實現(xiàn)主要在于多層級應(yīng)用系統(tǒng)的融合，如森林氣象因子的監(jiān)測，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為支持密切監(jiān)視氣象環(huán)境中各項動態(tài)變化的數(shù)據(jù)，對森林氣象環(huán)境中各要素不同階段演變進(jìn)行模擬，多尺度耦合模型模擬數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，可以科學(xué)揭示火災(zāi)風(fēng)險，有效控制林火蔓延?；诙鄠€系統(tǒng)的協(xié)同配合，最終形成集林火防范、林火有害生物防治、違法行為預(yù)警等于一體的綜合性、智慧化林業(yè)管理系統(tǒng)。

具體到乳陽林場，在林業(yè)海量數(shù)據(jù)預(yù)警與預(yù)測體系的支持下，實現(xiàn)了全天候?qū)崟r監(jiān)測林區(qū)火情，由智能圖像處理、林火識別報警軟件進(jìn)行煙火自動識別并報警。林火衛(wèi)星熱點自動接收國家發(fā)布的衛(wèi)星熱點數(shù)據(jù)，為林場森林防火提供了技術(shù)支撐和第一道屏障。以林火監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，乳陽林場進(jìn)一步建設(shè)了森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng)，具有接警管理、火情管理、專題數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理、護(hù)林員管理和接警提醒等功能，在提高森林火災(zāi)處置效率的同時，也提高了人員配置、出警安排的科學(xué)性、合理性。2016年至今，乳陽林場森林火災(zāi)受害率控制在0.6‰以內(nèi)，無人員傷亡事故發(fā)生，森林防火管理成績十分突出。

4 結(jié)語

對于森林資源防護(hù)與管理來說，應(yīng)重點關(guān)注森林火災(zāi)的防范與應(yīng)對。在當(dāng)前信息技術(shù)賦能林業(yè)管理、林業(yè)管理變革逐漸深化的時代背景下，積極探討大數(shù)據(jù)技術(shù)在森林防火中的創(chuàng)新應(yīng)用，分析其具體的應(yīng)用思路和路徑具有現(xiàn)實必要性。雖然大數(shù)據(jù)技術(shù)在森林防火管理中的應(yīng)用還處于初期探索階段，信息化、智慧化水平普遍較低，但以乳陽林場應(yīng)用效果來看，仍取得了突破性進(jìn)展。因此，做好大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用探討，加快其推廣應(yīng)用具有時代必要性，這也是當(dāng)前林業(yè)管理人員探索智慧林業(yè)管理模式的當(dāng)務(wù)之舉。

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（責(zé)任編輯：張春雨）

收稿日期：2023-04-10

作者簡介：周水金（1987—），男，湖南汨羅人，本科，工程師，主要從事森林資源管護(hù)。E-mail：zhoushuijin@126.com。