构建空地联动森林防火体系浅析
时间：2023-04-24 13:15:03 来源：千叶帆 本文已影响人
李鹏飞 LI Peng-fei；
李卫海 LI Wei-hai；
孙纪虎 SUN Ji-hu；
李德臣 LI De-chen；
李雁 LI Yan
（云南省军民融合发展研究院，昆明 650000）
国家主席习近平先后就木里县森林火灾，西昌森林火灾均做出重要指示，李克强总理也就两次事件做出批示。其中3 月31 日，习近平对四川西昌市经久乡森林火灾作出重要指示，要求坚决遏制事故灾难多发势头，全力保障人民群众生命和财产安全。从这里两次火灾可以看出，国家对森林火灾防控工作十分重视，且一旦有火情发生，很有可能对人民生命安全及森林防护工作带来巨大破坏[1-3]。
1.1 防火阶段
巡逻。通过无人机、直升机、人工巡查等方式，在林区进行拉网式火情侦测，形成巡视网。识别。有效区分烟和雾，灯光和火光建立完善的烟火识别，判断最大线，控控制误报和漏报。
1.2 灭火阶段
定位。一旦触发报警，要求快速地实现火星定位准确的显示着火面积以及起火点、经度、纬度和海拔。
决策。结合三维地图与GIS，在指挥中心快速成像，形成立体火情的数据和图像，辅助指挥决策。
指挥。火情实施情况回传结合气象地理等数据是指挥中心，能够调度人员，合理部署力量，最短时间扑灭火患。
1.3 总结阶段
评估。巡视临场过火面积及受灾情况，评估灾情损失，灾后重建的辅助决策。
人工巡逻。但存在巡逻区域有限，发现火情后沟通难度大的问题
飞机巡逻。但存在成本较高，对初期火情发现难度大，通行不畅的问题。
定点监控等手段。但存在监控区域有限，通信处理方式难度大，电力供应难度大的问题。
3.1 做好森林防火灭火的关键点
实时。目前森林防火工作的主要方式都存在共同的缺陷，就是实时性差，发现问题后处理滞后，最佳时机浪费，造成过火面积大，损失惨重。
融合创新。目前在森林防火上的具有可用的先进技术（卫星通信，机器学习等）能大幅提升防火能力，但如果将这些技术融合创新使用，没有有效方案。
互联。各监控点（如人、飞机、站点等）到指挥中心相对孤立，数据信息严重不对称，无法互联互通，一旦火起，难以有效决策。
3.2 防+火系统架构
通过卫星通信技术、劳拉通信技术、三维地图建模、烟火识别算法和热成像五项技术，依托无人机、直升机、个人手持终端巡逻和固定站点监控四种应用，构建森林火灾预警、灭火辅助决策和森林防火巡逻三套系统，如图1 所示。
图1 系统架构图
4.1 通信技术
4.1.1 卫星通信技术
宽带卫星通信技术是利用搭载在飞机或车辆上的天线，卫星主站以传统宽带卫星或新一代高通量卫星为中转实现终端（车、飞机）与陆地单位实现图像、语音、文件等大数据量的实时传输。尤其是移动信号难以覆盖地区，卫星通信是唯一有效的实时通信方式。具有覆盖范围广、实时性强、效果稳定的优点，如图2 所示。
图2 卫星通信图
4.1.2 劳拉通信技术
劳拉通信技术是一种低功耗局域网无线标准，低功耗一般很难覆盖远距离，其最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5 倍，最大传输距离可达15km，可作为陆地护林力量通报火情及人员状况的最有效手段。
4.2 三维地图成像技术
三维成像地图技术使用无人机搭载倾斜相机对林区进行无死角拍摄，记录相关数据，而后在后台生成三维数字地图，再结合成熟的Web GIS 技术将地图进一步坐标化和数字化。存储在基础地图数据库中，后期使用一旦出现各类情况，即可数字化标注火情地点及着火面积，同时图像化展现，为科学决策提供依据。如图3 所示。
图3 三维成像图
4.3 烟火识别算法技术
算法使用采集的图像，视频，其他结构化数据等组成高维数据组，利用人工智能算法，如神经网络，K-means 聚类等算法，精准识别火患，判定着火区域，并标注，为制定灭火略提供直接数据依据和辅助决策方案，增强防火能力及灭火效率。如图4 所示。
图4 人工神经网络图
4.4 热成像技术
红外成像技术就是根据探测到的物体的辐射能量的高低。将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值。经系统处理转变为目标物体的热图像，以灰度级或伪彩色显示出来，即得到被测目标的温度分布从而判断物体所处的状态。热成像仪搭载于无人机或巡逻机上，可以实施侦测林区温度，结合图像识别进一步确认火患位置及范围。如图5 所示。
图5 系统应用流程图
初始流程。初始化主要是在护林相关单位进行勘测，部署软件及硬件，分发各类终端，遥控无人机对林区三维地图数据进行采集。
日常巡逻。根据勘测地形，森林火险等级，时间等结合原有的巡逻队，直升机巡逻周期，制定无人机巡逻规划及路线，实现林区全覆盖。
火灾判定及警告。通过人工，飞机等多种方式实时立体监控网，数据实时回传，一旦发现火患，系统的软件会根据回传的数据计算判定火情，并及时推送相关责任人知悉，从而在第一时间应急处置。
空中灾情直播。直升机在空中对火情进行拍摄，并利用机载卫星通信天线进行实时视频画面回传。
灭火力量实时状态。通过安装在巡林，灭火队员的定位系统及终端数据采集系统获取灭火力量的实时位置，能够宏观有效地实时制定灭火策略，同时根据劳拉系统采集的温湿度数据，灭火队员的心率、脉搏数据等了解灭火力量的健康状况，保障灭火队员的人身安全。
6.1 强化岗位责任，建立考核机制
森林防火体系需要明确各部门的职责，分配工作任务，要求人员严格遵守。
需要对森林防火部门、森林资源管理部门和森林保护部门的职责进行划分，确保在人员变动的情况下，能够充分行使各自的职责，以保证防火措施的落实，并在发生危险情况时及时有效地进行扑救。此外，防火系统的各个环节都应以在岗人员的定期考核为基础，有效建立相应的考核制度，确保不出现工作松懈的异常表现，及时避免因火灾造成的人为因素，出现问题第一时间发现人员的可能也应该对优秀个人或单位进行奖励，提高森林防火活动的质量，发挥防火体系的作用
6.2 加大宣传力度，提高预防意识
森林防火工作不能掉以轻心，要把它作为重中之重，因为火灾的后果是无法想象的。在这方面，具体的防火举措不仅要发挥森林消防部门的作用，还要鼓励广大群众积极参与，将防火的重要性从宣传提高到普及。例如，森林防火部门可以定期组织专题活动，讲解森林防火的重要性和火灾的后果，让公众认识到防火不仅是生活和生产顺利进行的需要，也是社会可持续发展的客观条件。通过加强宣传，可以更有效地开展各项防火工作，更大程度地减少火灾的发生。
6.3 加强日常检查和预防
首先，要采取科学有效的管理办法，坚决落实日常护林工作，加大巡查巡护力度，坚决杜绝一切火源，特别是在火险期，要立即对每个护林员的管辖区域进行巡查，一旦发现火情要及时报告，并在第一时间进行扑救，阻止大火蔓延。其次，注意在秋收、清明和火灾多发季节进行重点防火管理。最后，重点控制林区潜在的火灾热点，定期检查灭火设备，确保防火和灭火设备不存在问题，不延误灭火时间。确保现有的防火制度得到严格执行，按时落实制度工作要点，不出事故。
6.4 建立生物防火隔离带
首先，根据当地森林树种，将林区组织成混合层结构的生物防火区，阻断火灾传播途径。在林区上层种植树种时，以阳性防护树种为主，中层结构可种植阴性防火树种，可有效增加湿度，防止火势蔓延；
二是在植被覆盖率大的林区可种植生物带状经济防火林，强势防火树种如茶树、栗子树这些树种有助于阻断火势蔓延路径，促进火灾快速扑灭。
近年来整体森林防火工作向好发展，森林火灾的防护工作进展不容乐观。通过建立空地联动的立体防火网络，可以使原本较为缓慢的火情下降趋势加速，降低因火灾造成的损失和人员伤亡的风险。
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