徐毅仁 張嘉龍 王一淋 王夢迪

摘要 ? ?通過對目前我國森林防火存在的問題以及防火措施進(jìn)行分析，本文結(jié)合大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+智慧林業(yè)”、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫等新興技術(shù)，提出了新時代下智慧林業(yè)防火建設(shè)策略和系統(tǒng)實施方案，論述了以大數(shù)據(jù)分析處理為決策基礎(chǔ)，使森林具有智慧化防火功能，以期為森林防火提供一個新的解決方案。

關(guān)鍵詞 ? ?大數(shù)據(jù);智慧林業(yè);防火;建設(shè)策略

中圖分類號 ? ?S762.3 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）20-0143-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

Abstract ? ?Based on the analysis of the existing problems and fire prevention measures of China′s forest， combined with big data， "Internet + smart forestry"， Internet of things， database and other emerging technologies， this paper proposed the construction strategy and system implementation plan of intelligent forestry fire prevention in the new era，discussed how to make the forest have the function of intelligent fire prevention based on big data analysis and processing， so as to provide a new solution for forest fire prevention.

Keywords ? ?big data; intelligent forestry; fire prevention; construction strategy

森林火災(zāi)具有嚴(yán)重的危害性，一旦火災(zāi)發(fā)生，會給生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重的破壞，造成難以估量的經(jīng)濟(jì)損失，更嚴(yán)重者會造成一定的人員傷亡[1-2]。2019年和2020年在四川省涼山州發(fā)生的2次森林火災(zāi)共造成了50名消防人員和工作人員犧牲。為了避免這樣的悲劇再度發(fā)生，森林防火問題亟待解決。長期以來，探索和尋找較為有效的控制森林火災(zāi)發(fā)生的研究從未停止，但是仍未從根本上解決這一難題。通過對以往森林火災(zāi)的詳細(xì)研究，不難發(fā)現(xiàn)，要想從源頭徹底消滅火源，就需要做好森林火源預(yù)測和監(jiān)測工作，杜絕森林火災(zāi)的形成。

1 ? ?森林防火存在的問題

森林火災(zāi)是嚴(yán)重危害生態(tài)安全的突發(fā)性自然災(zāi)害，不僅影響林業(yè)安全，還會對周邊居民造成巨大的影響[3-4]。根據(jù)有關(guān)林業(yè)部門的調(diào)查顯示，我國植被覆蓋率比較低。究其原因，大多是由森林火災(zāi)導(dǎo)致。因此，需要注重林護(hù)防火效果，并且提出針對性的解決措施。

1.1 ? ?地勢復(fù)雜，防護(hù)難度大

森林一般處于地勢崎嶇地區(qū)，地形比較復(fù)雜。由于森林面積比較廣闊、林路崎嶇以及我國退耕還林工作的開展，對森林防火提出了更高要求，因而森林防火需要全面考慮人為、環(huán)境以及氣候等因素。

1.2 ? ?相關(guān)人員缺乏防火意識

部分地區(qū)防火監(jiān)管人員發(fā)現(xiàn)，在森林周圍居住的居民缺乏森林防火意識[5-6]，這是導(dǎo)致森林火災(zāi)發(fā)生的重要原因。森林火災(zāi)嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)鼐用竦纳踩o國家造成了巨大損失。

1.3 ? ?缺乏完善的防火體系

由于我國林業(yè)多數(shù)處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，交通不便，因而使用的防火設(shè)備數(shù)量少、性能差[7-8]。林場管理制度不完善，工作人員的防火意識不強(qiáng)，尚未形成完善的體系，防火工作效率相對較低。

2 ? ?對策

為了應(yīng)對頻繁發(fā)生的森林火災(zāi)，應(yīng)以預(yù)防為主，只有做好火災(zāi)預(yù)防工作，才能將森林火災(zāi)造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失降到最低。做好森林火災(zāi)預(yù)防，就是要在第一時間發(fā)現(xiàn)森林中的火源或易燃物體，并且進(jìn)行處理。因此，必須提出一些科學(xué)智能的防范措施，建設(shè)新時代智慧防火林業(yè)系統(tǒng)。一是采用先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)，特別是目前發(fā)展迅速的大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)、衛(wèi)星、航空、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。通過這些先進(jìn)技術(shù)，可以更加準(zhǔn)確地監(jiān)測到火源，第一時間進(jìn)行處理[9]。二是增加防火設(shè)備的投入，特別是網(wǎng)絡(luò)通信的建設(shè)，以便于大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)的使用，有利于更好地去判別火源的形勢[10]。三是建立更加完善的森林及林場防火管理制度，提高每個人的防火意識。只有人人都重視起來，才可以更好地開展森林火災(zāi)預(yù)防以及監(jiān)測方面的工作，提升效率。

3 ? ?智慧林業(yè)防火工作建設(shè)策略及工作重點

智慧林業(yè)有集成度高、信息整合處理速度快、工作調(diào)整靈活等特點[11]。結(jié)合大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+智慧林業(yè)”、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫等新興技術(shù)提出森林防火建設(shè)策略。主要以大數(shù)據(jù)分析處理為決策基礎(chǔ)，解決森林防火問題。大數(shù)據(jù)具有“ 4V”特點，即Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（價值），并且在許多不同的應(yīng)用領(lǐng)域都發(fā)揮了重要的作用。通過對歷史數(shù)據(jù)的整合與實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測，實現(xiàn)智慧林業(yè)防火系統(tǒng)的功能。智慧森林防火工作數(shù)據(jù)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)處理平臺、數(shù)據(jù)應(yīng)用終端等4個方面組成。

3.1 ? ?數(shù)據(jù)采集終端

森林具體情況復(fù)雜，傳統(tǒng)林業(yè)的單一防火體系，主要依靠巡林人員和瞭望臺對林場信息進(jìn)行分析處理，信息角度單一，信息量不足，只能夠依賴森林工作人員的經(jīng)驗，并不能做量化處理。在數(shù)據(jù)收集環(huán)節(jié)，本方案綜合利用各種數(shù)據(jù)處理終端，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)收集的立體化、及時化和靈活化，確保及時有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。

巡林人員配備專業(yè)信息收集發(fā)送設(shè)備，隨時收集林中易燃物情況，將位置信息實時傳輸?shù)娇偱_的信息處理終端。瞭望臺搭配智能化視覺處理檢測器，減輕人力負(fù)擔(dān)，通過視頻監(jiān)測獲取數(shù)據(jù)，直接接入數(shù)據(jù)庫，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)處理的精確性。無人機(jī)巡檢技術(shù)巡檢效率極高，可以對林場的宏觀情況進(jìn)行巡查。為了提高巡檢廣度，方案還配備了空間巡檢技術(shù)?？臻g上的“3S”技術(shù)可以更加精確地采集林場的地質(zhì)地貌、水源地等信息，但是由于衛(wèi)星運動的特點，檢測不具備實時性，適合與其他防火檢測方案配合使用。信息接收終端接入電子地圖，定期更新林場地形、周邊交通、居民、消防局位置等信息。在林場中配備各類傳感器，如光纖傳感器、煙霧傳感器、高熱傳感器等，對突發(fā)性火情及時發(fā)出報警信號。各種數(shù)據(jù)采集技術(shù)相輔相成、互為補充。這樣的森林火災(zāi)預(yù)防信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了從傳統(tǒng)工作終端到宇宙空間的全方面覆蓋，達(dá)到了“天地一體”防火監(jiān)測。系統(tǒng)接通消防部門數(shù)據(jù)庫，及時將數(shù)據(jù)傳達(dá)給專家，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，可以最大限度地確保檢測的實時性與穩(wěn)定性。

3.2 ? ?數(shù)據(jù)庫

方案主要設(shè)置了人工巡林管理數(shù)據(jù)庫、地理空間數(shù)據(jù)庫和消防管控數(shù)據(jù)庫等3個數(shù)據(jù)庫。處理繁雜的數(shù)據(jù)需要應(yīng)用更多元化的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。將特定數(shù)據(jù)庫與相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口連接，確保數(shù)據(jù)得到高效的利用。多維度的數(shù)據(jù)中心為智慧林業(yè)防火方案創(chuàng)造了技術(shù)基礎(chǔ)。

人工巡林管理數(shù)據(jù)庫中的信息主要來自巡林人員的手持設(shè)備。巡林人員通過手持設(shè)備將巡林過程中收集到的可燃物信息、植被類型信息、巡林工作記錄、人員位置信息等上傳至人工巡林管理數(shù)據(jù)庫。

地理空間信息數(shù)據(jù)庫中的主要信息包括風(fēng)力、降水、云層分布等氣象信息;植被分布、地形、水系、防火林帶等位置信息。該數(shù)據(jù)庫與“3S”技術(shù)、氣象數(shù)據(jù)來源等數(shù)據(jù)采集終端結(jié)合。消防管理數(shù)據(jù)庫中的信息主要包括林場內(nèi)外的消防道路等道路交通信息，消防局的地理位置、消防水源、林場內(nèi)消防設(shè)施位置等消防局及消防設(shè)備信息，居民進(jìn)出林場登記情況、林場居民居所分布情況等。

3.3 ? ?數(shù)據(jù)分析處理

原始數(shù)據(jù)本身的價值有限，若想加以利用，必須經(jīng)過合理的數(shù)據(jù)處理過程，以從大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中直接或間接的獲取防火解決方案。本方案可以通過調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)庫中信息，使用優(yōu)化的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，建立火險指標(biāo)模型，以及進(jìn)行消防線路規(guī)劃、巡林工作規(guī)劃、林火預(yù)警監(jiān)測等消防管控工作。

3.3.1 ? ?建立火險指標(biāo)模型。對植被類型、郁閉度、齡級、歷年火災(zāi)被害率、氣溫、相對濕度、降水量、人口密度、水系分布、地形地勢等信息進(jìn)行整合分析，通過特定算法，建立火險指標(biāo)模型。對不同等級火險指標(biāo)采取不同的預(yù)防管控措施。通過分析、整合數(shù)據(jù)得到一年之中不同時期的火情預(yù)警情況，在火險高發(fā)時期，加大防火力度，減少火災(zāi)隱患。同時，對火險告發(fā)位置進(jìn)行消險處理。

3.3.2 ? ?消防路線規(guī)劃。結(jié)合消防管控數(shù)據(jù)庫以及消防部門相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，在火情發(fā)生初期，對火情等級進(jìn)行評估，為消防車進(jìn)入火場提供指導(dǎo)路線。在撲救作業(yè)過程中，消防人員也可以隨時接收水源地、消防設(shè)備位置等信息?？梢越Y(jié)合分析結(jié)果，林場方主動開辟合適的消防通道，以配合防火滅火工作。

3.3.3 ? ?巡林工作規(guī)劃。巡林人員作為雙向信息處理方，需要接受信息和總臺下達(dá)的工作指令。通過擬合居民地、林場地形地貌、可燃物情況以及巡林人員位置等不同數(shù)據(jù)，為每個巡林人員定制特定的工作方案，改善傳統(tǒng)巡林工作的低效性、盲目性。對防火系統(tǒng)的最低段進(jìn)行改變，一方面是出于傳統(tǒng)巡林工作繁雜、低效問題的考量，另一方面是因為林場相較野生山林通信等技術(shù)條件更便利、改良工作更加方便。

3.4 ? ?數(shù)據(jù)應(yīng)用終端

智慧林業(yè)數(shù)據(jù)庫將林業(yè)管控部門作為數(shù)據(jù)中心，向巡林工作人員、林業(yè)專家、消防局等人員和部門發(fā)送數(shù)據(jù)。拒絕數(shù)據(jù)閉塞，倡導(dǎo)數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)共享化能夠使大數(shù)據(jù)的力量成倍增加，將林場采集的原始數(shù)據(jù)或已經(jīng)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)及時分享給評定部門。終端接收已經(jīng)處理的信息或者未處理的原始信息，結(jié)合專家、消防部門等的意見對森林防火工作做出相應(yīng)的調(diào)整與決策。

4 ? ?結(jié)語

目前，我國森林防火形勢仍十分嚴(yán)峻，智慧林業(yè)防火建設(shè)勢在必行。智慧森林的建設(shè)充分利用大數(shù)據(jù)、“3S”技術(shù)、無人機(jī)巡檢技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，全面提高森林信息化應(yīng)用水平，實現(xiàn)對森林火災(zāi)的科學(xué)防控，將森林火災(zāi)發(fā)生的概率降到最低[12]。本文針對當(dāng)前森林火災(zāi)防火管控存在的問題，提出了一種結(jié)合大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+智慧林業(yè)”、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫等新興技術(shù)的森林防火建設(shè)策略，充分利用智慧林業(yè)集成度高、信息整合處理速度快、工作調(diào)整靈活等特點，將大數(shù)據(jù)技術(shù)運用到森林火災(zāi)防控、監(jiān)測和管理中，并且以建設(shè)智慧森林防火工作數(shù)據(jù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立了系統(tǒng)的防火體系，以杜絕森林火災(zāi)的發(fā)生。此項森林火災(zāi)防控策略符合《中國智慧林業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》《“互聯(lián)網(wǎng)+”林業(yè)行動計劃—全國林業(yè)信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》的具體要求，有效提升了林業(yè)治理的現(xiàn)代化水平，使森林火災(zāi)防控管理智能化。在今后的森林火災(zāi)防控管理中，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為主的智慧林業(yè)防火工作建設(shè)將會更加普遍，相信今后的森林火災(zāi)定會得到有效防控，人類的生態(tài)資源將得到充分保護(hù)。

5 ? ?參考文獻(xiàn)

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