森林火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用

森林火災(zāi)具有 “蔓延速度快、影響范圍廣、撲救難度大” 的特點(diǎn)，據(jù)應(yīng)急管理部數(shù)據(jù)，我國每年森林火災(zāi)中，約 70% 因 “發(fā)現(xiàn)不及時(shí)” 導(dǎo)致火勢擴(kuò)大，錯(cuò)過最佳撲救時(shí)機(jī)（火災(zāi)發(fā)生后 1 小時(shí)內(nèi)為黃金撲救期）。森林火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)通過 “多手段監(jiān)測、智能化分析、精準(zhǔn)化發(fā)布”，能提前識別火災(zāi)隱患（如高溫、干旱、人為火源），在火災(zāi)初發(fā)階段發(fā)出預(yù)警，為撲救爭取時(shí)間。依據(jù)《森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范》（LY/T 2586-2016），預(yù)警系統(tǒng)需結(jié)合 “地形、氣候、植被類型”，構(gòu)建 “空天地一體化” 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，確保預(yù)警覆蓋全面、響應(yīng)快速，最大限度降低森林火災(zāi)損失。

一、森林火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的核心組成與功能

森林火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)由 “監(jiān)測子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、分析子系統(tǒng)、發(fā)布子系統(tǒng)” 四部分組成，各子系統(tǒng)協(xié)同工作，形成 “從隱患識別到預(yù)警發(fā)布” 的完整閉環(huán)，避免因單一環(huán)節(jié)失效導(dǎo)致預(yù)警中斷。

（一）監(jiān)測子系統(tǒng)：多維度捕捉火災(zāi)信號

監(jiān)測子系統(tǒng)是預(yù)警的基礎(chǔ)，通過 “衛(wèi)星、無人機(jī)、地面設(shè)備” 多維度監(jiān)測，覆蓋 “大范圍區(qū)域、重點(diǎn)地段、隱蔽角落”，確保無監(jiān)測盲區(qū)。

1. 空天監(jiān)測：覆蓋大范圍森林區(qū)域

• 衛(wèi)星遙感監(jiān)測：選用 “高分衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星”（如高分 6 號、風(fēng)云 4 號），通過 “紅外波段、熱紅外波段” 識別森林地表溫度異常（火災(zāi)初發(fā)時(shí)地表溫度會(huì)升高至 300℃以上），監(jiān)測范圍可達(dá) 1000km2/ 次，適合大面積原始森林、偏遠(yuǎn)山區(qū)；

• 無人機(jī)巡查：配備 “多旋翼無人機(jī)（續(xù)航 2-3 小時(shí)）、固定翼無人機(jī)（續(xù)航 5-8 小時(shí)）”，重點(diǎn)巡查 “衛(wèi)星監(jiān)測盲區(qū)（如山谷、密林）、人為活動(dòng)頻繁區(qū)域（如林區(qū)公路、景區(qū)）”，無人機(jī)搭載 “紅外熱像儀、高清攝像頭”，能識別地面溫度異常點(diǎn)（如未熄滅的煙頭、野外用火），實(shí)時(shí)回傳圖像。

1. 地面監(jiān)測：聚焦重點(diǎn)地段與火源

• 視頻監(jiān)控：在 “林區(qū)入口、公路沿線、山頂制高點(diǎn)” 安裝 “高清紅外視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)”（監(jiān)控半徑 5-10km，夜視距離≥1km），具備 “移動(dòng)偵測、煙火識別” 功能，當(dāng)檢測到火焰、煙霧時(shí)自動(dòng)抓拍圖像，觸發(fā)預(yù)警；

• 地面?zhèn)鞲衅鳎涸谥攸c(diǎn)林區(qū)（如自然保護(hù)區(qū)、古樹名木周邊）布設(shè) “溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器”，實(shí)時(shí)采集環(huán)境數(shù)據(jù)（溫度≥35℃、濕度≤40%、風(fēng)速≥5m/s 時(shí)為高風(fēng)險(xiǎn)），傳感器數(shù)據(jù)每 10 分鐘上傳 1 次，電池續(xù)航≥6 個(gè)月（太陽能供電）；

• 人為火源監(jiān)測：在林區(qū)入口、景區(qū)設(shè)置 “火源探測儀”（如紅外熱成像儀、煙霧傳感器），禁止攜帶火種進(jìn)入；配備 “巡護(hù)人員定位終端”（北斗定位，精度≤5m），實(shí)時(shí)監(jiān)控巡護(hù)人員位置，確保巡護(hù)覆蓋無遺漏。

（二）傳輸子系統(tǒng)：確保數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、穩(wěn)定傳輸

傳輸子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將監(jiān)測子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)（圖像、環(huán)境參數(shù)）傳輸至分析子系統(tǒng)，需適應(yīng) “林區(qū)地形復(fù)雜、信號薄弱” 的特點(diǎn)，采用 “多鏈路備份”，避免數(shù)據(jù)丟失。

1. 傳輸方式選擇

• 無線傳輸：大范圍區(qū)域采用 “衛(wèi)星通信、4G/5G 基站”，衛(wèi)星通信適合無基站覆蓋的偏遠(yuǎn)山區(qū)（傳輸速率≥2Mbps，延遲≤100ms）；4G/5G 基站適合林區(qū)周邊有信號覆蓋的區(qū)域，傳輸高清視頻時(shí)帶寬≥10Mbps；

• 有線傳輸：重點(diǎn)地段（如監(jiān)控?cái)z像機(jī)、傳感器集中區(qū)域）采用 “光纖傳輸”（帶寬≥100Mbps，抗干擾能力強(qiáng)），避免無線信號受地形、氣候影響（如暴雨、大霧會(huì)削弱無線信號）；

• 應(yīng)急傳輸：配備 “便攜式衛(wèi)星終端”，在傳輸鏈路中斷時(shí)（如基站損壞），通過衛(wèi)星終端臨時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，確保預(yù)警不中斷。

1. 數(shù)據(jù)傳輸要求

• 實(shí)時(shí)性：視頻數(shù)據(jù)、溫度異常信號傳輸延遲≤30 秒，確保分析子系統(tǒng)能快速響應(yīng)；

• 穩(wěn)定性：傳輸鏈路需具備 “自動(dòng)切換” 功能（如 4G 信號弱時(shí)自動(dòng)切換至衛(wèi)星通信），數(shù)據(jù)丟失率≤0.1%；

• 安全性：數(shù)據(jù)傳輸采用 “加密協(xié)議”（如 SSL 加密），防止數(shù)據(jù)被篡改、竊取，保護(hù)監(jiān)測隱私（如景區(qū)游客圖像）。

（三）分析子系統(tǒng)：智能化識別與風(fēng)險(xiǎn)評估

分析子系統(tǒng)是預(yù)警的 “大腦”，通過 “大數(shù)據(jù)分析、AI 算法” 處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，識別火災(zāi)隱患，評估風(fēng)險(xiǎn)等級，避免 “誤報(bào)、漏報(bào)”。

1. 核心功能

• 火災(zāi)識別：采用 “AI 圖像識別算法”（如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），分析衛(wèi)星、無人機(jī)、視頻監(jiān)控傳回的圖像，識別 “火焰、煙霧” 特征（火焰識別準(zhǔn)確率≥95%，煙霧識別準(zhǔn)確率≥90%），排除 “云霧、晚霞” 等干擾因素；

• 風(fēng)險(xiǎn)評估：結(jié)合 “環(huán)境數(shù)據(jù)（溫度、濕度、風(fēng)速）、植被類型（針葉林易燃性高于闊葉林）、歷史火災(zāi)數(shù)據(jù)”，建立風(fēng)險(xiǎn)評估模型，將森林區(qū)域劃分為 “低風(fēng)險(xiǎn)（火災(zāi)發(fā)生概率≤5%）、中風(fēng)險(xiǎn)（5%-20%）、高風(fēng)險(xiǎn)（20%-50%）、極高風(fēng)險(xiǎn)（≥50%）” 四級，風(fēng)險(xiǎn)等級每 2 小時(shí)更新 1 次；

• 火源追溯：對識別的火災(zāi)點(diǎn)，結(jié)合 “無人機(jī)圖像、地面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)”，判斷火源類型（如人為用火、雷擊火），追溯火源位置（精度≤10m），為后續(xù)處置提供依據(jù)（如人為火源需追究責(zé)任，雷擊火需加強(qiáng)巡查）。

1. 算法優(yōu)化與更新

• 定期訓(xùn)練：每季度用 “新采集的火災(zāi)圖像、環(huán)境數(shù)據(jù)” 訓(xùn)練 AI 算法，提升識別準(zhǔn)確率（如針對不同植被類型的煙霧特征優(yōu)化算法）；

• 自適應(yīng)調(diào)整：根據(jù) “季節(jié)變化（春季干旱、冬季易燃）、氣候異常（如厄爾尼諾導(dǎo)致高溫）” 調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)評估模型參數(shù)，確保評估結(jié)果貼合實(shí)際。

（四）發(fā)布子系統(tǒng)：精準(zhǔn)推送預(yù)警信息

發(fā)布子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將預(yù)警信息傳遞給 “各級林業(yè)部門、撲火隊(duì)伍、周邊居民”，確保信息傳遞 “及時(shí)、精準(zhǔn)、無遺漏”，避免因信息滯后導(dǎo)致處置延誤。

1. 預(yù)警信息內(nèi)容

• 基礎(chǔ)信息：預(yù)警區(qū)域（如 “XX 林場 3 號區(qū)域”）、風(fēng)險(xiǎn)等級（如 “極高風(fēng)險(xiǎn)”）、預(yù)警時(shí)間（如 “2025 年 X 月 X 日 8:00-20:00”）、火源類型（如 “雷擊火風(fēng)險(xiǎn)高”）；

• 處置建議：針對不同對象推送差異化建議（如林業(yè)部門 “加強(qiáng)巡查頻次”、撲火隊(duì)伍 “做好待命準(zhǔn)備”、居民 “禁止進(jìn)入林區(qū)”）。

1. 發(fā)布渠道與方式

二、森林火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與適配場景

預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)需結(jié)合 “林區(qū)類型（原始森林、人工林）、地形（山地、平原）、氣候（干旱、濕潤）”，制定差異化標(biāo)準(zhǔn)，避免 “一刀切” 導(dǎo)致系統(tǒng)適配性差、資源浪費(fèi)。

（一）不同林區(qū)類型的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

1. 原始森林與偏遠(yuǎn)山區(qū)（如長白山原始森林）

• 監(jiān)測配置：以 “衛(wèi)星遙感 + 固定翼無人機(jī)” 為主（覆蓋大范圍），輔以 “地面?zhèn)鞲衅鳎?5km2 布設(shè) 1 個(gè)）”，視頻監(jiān)控選擇 “山頂制高點(diǎn)” 安裝（減少地形遮擋）；

• 傳輸要求：采用 “衛(wèi)星通信 + 光纖” 備份，衛(wèi)星終端需具備 “抗極端天氣” 能力（如 - 40℃低溫、10 級大風(fēng)）；

• 分析重點(diǎn)：側(cè)重 “雷擊火識別、高溫干旱監(jiān)測”（原始森林人為活動(dòng)少，雷擊火占比超 60%）。

1. 人工林與經(jīng)濟(jì)林區(qū)（如杉木人工林、果樹林）

• 監(jiān)測配置：以 “無人機(jī)巡查（每周 2 次）+ 視頻監(jiān)控（每 2km21 個(gè)）” 為主，重點(diǎn)監(jiān)測 “林區(qū)周邊農(nóng)田（防止燒荒引發(fā)火災(zāi)）、林區(qū)公路（防止車輛丟棄煙頭）”；

• 傳輸要求：優(yōu)先采用 “4G/5G 基站 + 光纖”，覆蓋密度高于原始森林（每 10km21 個(gè)基站）；

• 分析重點(diǎn)：側(cè)重 “人為火源識別（如燒荒、祭祀用火）、植被干燥度監(jiān)測”（人工林植被單一，燃燒速度快）。

1. 林區(qū)景區(qū)與居民周邊（如森林公園、林區(qū)村莊）

• 監(jiān)測配置：加密 “視頻監(jiān)控（每 1km21 個(gè)）、火源探測儀（景區(qū)入口每處 1 個(gè)）”，增加 “人流統(tǒng)計(jì)攝像頭”（監(jiān)測進(jìn)入景區(qū)的游客數(shù)量，便于預(yù)警時(shí)疏散）；

• 傳輸要求：采用 “5G 基站 + 有線傳輸”，確保高清視頻實(shí)時(shí)回傳（便于識別游客違規(guī)用火）；

• 分析重點(diǎn)：側(cè)重 “實(shí)時(shí)煙火識別、人員密集區(qū)域預(yù)警”，預(yù)警響應(yīng)時(shí)間≤10 分鐘（游客密集，需快速疏散）。

（二）關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1. 監(jiān)測設(shè)備

• 衛(wèi)星：分辨率≥10m（紅外波段），重訪周期≤24 小時(shí)（確保及時(shí)更新監(jiān)測數(shù)據(jù)）；

• 無人機(jī)：紅外熱像儀測溫范圍 - 20℃-500℃，精度 ±2℃；高清攝像頭分辨率≥4K，具備防抖功能（適應(yīng)山地風(fēng)大環(huán)境）；

• 地面?zhèn)鞲衅鳎簻囟葴y量范圍 - 40℃-80℃，精度 ±0.5℃；濕度測量范圍 0%-100%，精度 ±3%；太陽能板功率≥10W（確保陰天也能供電）。

1. 傳輸與分析設(shè)備

• 傳輸設(shè)備：衛(wèi)星終端帶寬≥2Mbps，4G/5G 模塊支持全網(wǎng)通，光纖傳輸速率≥100Mbps；

• 分析服務(wù)器：CPU 采用多核處理器（≥16 核），內(nèi)存≥64GB，存儲(chǔ)容量≥10TB（存儲(chǔ)歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)），AI 算法識別響應(yīng)時(shí)間≤1 秒。

三、森林火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用場景與聯(lián)動(dòng)機(jī)制

預(yù)警系統(tǒng)需與 “日常巡護(hù)、應(yīng)急撲救、災(zāi)后評估” 結(jié)合，避免 “重監(jiān)測、輕應(yīng)用”，確保預(yù)警信息能轉(zhuǎn)化為實(shí)際防控行動(dòng)，提升森林火災(zāi)防控效率。

（一）日常防控應(yīng)用：提前規(guī)避火災(zāi)隱患

1. 火源管控

• 人為火源預(yù)警：當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到 “林區(qū)公路有車輛停留、景區(qū)游客聚集”，自動(dòng)推送預(yù)警至巡護(hù)人員，巡護(hù)人員攜帶定位終端前往核查，及時(shí)制止違規(guī)用火（如野炊、吸煙）；

• 自然火源防控：當(dāng)監(jiān)測到 “高溫干旱（溫度≥38℃、濕度≤30%）、雷擊高發(fā)時(shí)段”，發(fā)布 “禁火令”，關(guān)閉林區(qū)景區(qū)，禁止一切野外用火，增加巡護(hù)頻次（從每日 1 次增至每日 3 次）。

1. 植被與環(huán)境管理

• 植被干燥度監(jiān)測：系統(tǒng)分析植被含水量（通過衛(wèi)星遙感反演），對 “含水量≤15% 的易燃植被區(qū)域”，提前組織人員清理 “防火隔離帶”（寬度≥30m，隔離帶內(nèi)清除雜草、枯枝）；

• 氣候適應(yīng)調(diào)整：根據(jù)系統(tǒng)預(yù)警的 “暴雨、大風(fēng)” 等天氣，提前加固無人機(jī)停機(jī)庫、視頻監(jiān)控支架，防止設(shè)備損壞導(dǎo)致監(jiān)測中斷。

（二）火災(zāi)應(yīng)急應(yīng)用：快速響應(yīng)初發(fā)火災(zāi)

1. 初發(fā)火災(zāi)定位與撲救

• 精準(zhǔn)定位：系統(tǒng)識別火災(zāi)點(diǎn)后，10 分鐘內(nèi)生成 “火災(zāi)位置坐標(biāo)、周邊地形圖、植被類型”，推送至撲火隊(duì)伍 APP，撲火隊(duì)伍根據(jù)定位選擇 “最短路線” 前往，避免迷路（山區(qū)地形復(fù)雜，傳統(tǒng)定位易偏差）；

• 資源調(diào)度：系統(tǒng)根據(jù)火災(zāi)規(guī)模（如 1 公頃以下為小型火災(zāi)、1-10 公頃為中型火災(zāi)），自動(dòng)推薦 “撲火力量配置”（小型火災(zāi)派 10 人 + 2 臺(tái)滅火機(jī)，中型火災(zāi)派 30 人 + 1 輛消防車），并通知附近林場支援。

1. 火勢蔓延預(yù)測與疏散

• 蔓延預(yù)測：系統(tǒng)結(jié)合 “風(fēng)速、風(fēng)向、植被類型”，預(yù)測火勢蔓延方向（如風(fēng)速 5m/s、南風(fēng)，火勢會(huì)向北蔓延），生成 “危險(xiǎn)區(qū)域圖”，推送至周邊居民，指導(dǎo)居民向 “上風(fēng)方向、無植被區(qū)域” 疏散；

• 交通管控：預(yù)警信息同步推送至交通部門，封閉 “通往火災(zāi)區(qū)域的林區(qū)公路”，禁止無關(guān)車輛進(jìn)入，確保撲火車輛通行順暢。

（三）災(zāi)后評估應(yīng)用：輔助恢復(fù)與改進(jìn)

1. 火災(zāi)損失評估

• 范圍與程度：火災(zāi)撲滅后，系統(tǒng)通過 “衛(wèi)星遙感、無人機(jī)航拍”，對比火災(zāi)前后的植被圖像，計(jì)算 “過火面積（精度≤0.1 公頃）、植被燒毀程度（輕度、中度、重度）”，為災(zāi)后補(bǔ)種提供依據(jù)（如重度燒毀區(qū)域需重新造林，輕度燒毀區(qū)域只需補(bǔ)植）；

• 火源追溯：結(jié)合火災(zāi)發(fā)生時(shí)的 “監(jiān)測數(shù)據(jù)、巡護(hù)記錄”，追溯火源原因（如人為用火需確定責(zé)任人，雷擊火需分析雷擊點(diǎn)分布），為后續(xù)防控提供改進(jìn)方向（如雷擊高發(fā)區(qū)域增加避雷針）。

1. 系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)

• 預(yù)警效果評估：統(tǒng)計(jì) “預(yù)警準(zhǔn)確率（實(shí)際發(fā)生火災(zāi)數(shù) / 預(yù)警火災(zāi)數(shù)）、響應(yīng)時(shí)間（從預(yù)警到撲火隊(duì)伍到達(dá)時(shí)間）”，若準(zhǔn)確率低于 90%、響應(yīng)時(shí)間超過 30 分鐘，需優(yōu)化 “AI 算法（提升識別準(zhǔn)確率）、傳輸鏈路（減少延遲）”；

• 設(shè)備維護(hù)：根據(jù)系統(tǒng)記錄的 “設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)（如傳感器故障率、無人機(jī)續(xù)航）”，制定 “設(shè)備維護(hù)計(jì)劃”（如傳感器每 6 個(gè)月檢修 1 次，無人機(jī)每飛行 10 小時(shí)保養(yǎng) 1 次），確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。

四、森林火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)保障措施

為確保預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)落地、長期發(fā)揮作用，需從 “資金、人員、技術(shù)” 三方面提供保障，避免因投入不足、人員不專業(yè)導(dǎo)致系統(tǒng)閑置。

（一）資金保障：多元投入，確?？沙掷m(xù)

1. 政府主導(dǎo)：將預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)納入 “林業(yè)發(fā)展規(guī)劃”，省級財(cái)政承擔(dān) “衛(wèi)星、無人機(jī)、核心服務(wù)器” 等大額投入，縣級財(cái)政負(fù)責(zé) “地面?zhèn)鞲衅?、視頻監(jiān)控” 的布設(shè)與維護(hù)；

1. 社會(huì)參與：鼓勵(lì) “景區(qū)、林場企業(yè)” 投入資金，在其管理區(qū)域增設(shè)監(jiān)測設(shè)備（如景區(qū)承擔(dān)入口火源探測儀的費(fèi)用），享受 “稅收優(yōu)惠、防控補(bǔ)貼” 等政策；

1. 資金監(jiān)管：建立 “專款專用” 制度，定期審計(jì)資金使用情況（如設(shè)備采購價(jià)格、維護(hù)費(fèi)用），避免資金挪用、浪費(fèi)。

（二）人員保障：專業(yè)培訓(xùn)，提升能力

1. 運(yùn)維人員培訓(xùn)：每季度組織 “系統(tǒng)運(yùn)維人員（如無人機(jī)操作員、服務(wù)器管理員）” 培訓(xùn)，內(nèi)容包括 “設(shè)備操作、故障排除、算法更新”，考核合格后方可上崗；

1. 撲火與巡護(hù)人員培訓(xùn)：每年開展 2 次 “撲火隊(duì)伍、巡護(hù)人員” 培訓(xùn)，重點(diǎn)培訓(xùn) “預(yù)警信息識別、APP 使用、疏散引導(dǎo)”，確保人員能正確理解預(yù)警內(nèi)容，快速響應(yīng)；

1. 公眾宣傳教育：通過 “林區(qū)宣傳欄、公眾號、村廣播”，向公眾宣傳 “預(yù)警系統(tǒng)的作用、預(yù)警信息的識別方法”（如收到 “極高風(fēng)險(xiǎn)” 預(yù)警需禁止進(jìn)入林區(qū)），提升公眾配合度。

（三）技術(shù)保障：持續(xù)創(chuàng)新，適應(yīng)需求

1. 技術(shù)合作：與 “高校、科研院所（如北京林業(yè)大學(xué)、中國林科院）” 合作，研發(fā) “更適應(yīng)林區(qū)環(huán)境的監(jiān)測設(shè)備（如抗寒傳感器、長續(xù)航無人機(jī)）、更精準(zhǔn)的 AI 算法（如融合多波段數(shù)據(jù)的火災(zāi)識別算法）”；

1. 應(yīng)急備份：建立 “技術(shù)應(yīng)急團(tuán)隊(duì)”，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障（如服務(wù)器崩潰、傳輸中斷）時(shí)，24 小時(shí)內(nèi)到場維修，確保預(yù)警不中斷；

1. 標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一：制定 “區(qū)域統(tǒng)一