預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)在森林草原防火工作中的應(yīng)用與展望

馬 明

(山西省黑茶山國(guó)有林管理局，山西 呂梁 033500)

1 林火預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

林火預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)是防止森林草原火災(zāi)發(fā)生及蔓延的重要技術(shù)手段，是實(shí)現(xiàn)森林草原火災(zāi)“早發(fā)現(xiàn)、早撲滅”的關(guān)鍵。目前，國(guó)內(nèi)森林草原防火工作中主要采用“天空地”預(yù)警監(jiān)測(cè)體系來(lái)監(jiān)測(cè)和預(yù)警熱點(diǎn)、火情，主要包括4種監(jiān)測(cè)技術(shù)，即衛(wèi)星預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)、航空預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)、近地面預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)及人工地面巡護(hù)預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)。

1.1 衛(wèi)星預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)

任何物體都具有熱紅外波段，溫度越高，輻射波長(zhǎng)越短。衛(wèi)星預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)是利用人造衛(wèi)星空間平臺(tái)上的傳感器，第一時(shí)間對(duì)地面上的物體熱源進(jìn)行感知、檢測(cè)和跟蹤，并通過(guò)地面接收站對(duì)圖像進(jìn)行處理，判斷是否為火源的一種方法。目前，該技術(shù)已成為林火熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)的一種重要手段。

1.2 航空預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)

航空預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是利用航空飛機(jī)和無(wú)人機(jī)在林區(qū)上空進(jìn)行巡護(hù)、定位和監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)報(bào)告飛行基地和防滅火指揮部。該技術(shù)主要應(yīng)用于人煙稀少、交通不便的原始森林。目前，全國(guó)幾個(gè)重點(diǎn)林區(qū)都成立了航空護(hù)林站，航空預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)已逐漸成為森林草原火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測(cè)中最有效的作業(yè)手段之一。尤其是無(wú)人機(jī)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)半自主控制，在森林草原火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測(cè)中應(yīng)用較多，運(yùn)行成本較低，安全性較高。

1.3 近地面預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)

近地面預(yù)警監(jiān)測(cè)包括瞭望塔監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)等。瞭望塔監(jiān)測(cè)在國(guó)內(nèi)廣大林區(qū)中應(yīng)用普遍，是一種傳統(tǒng)的林火預(yù)警監(jiān)測(cè)手段，指在連接成片的重點(diǎn)山頭修建瞭望塔，由瞭望人員利用觀測(cè)設(shè)備進(jìn)行定點(diǎn)火情監(jiān)測(cè)，運(yùn)用觀察識(shí)別技術(shù)確定火點(diǎn)位置并及時(shí)報(bào)警。遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)又叫“天眼”監(jiān)測(cè)，是借助“鐵塔”等林區(qū)制高點(diǎn)載體安裝攝像頭(前端)，進(jìn)行360°全方位監(jiān)控，對(duì)被監(jiān)控場(chǎng)景中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)加以檢測(cè)、識(shí)別和跟蹤，將遠(yuǎn)端的實(shí)時(shí)連續(xù)畫(huà)面通過(guò)微波傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)指揮中心，由監(jiān)控人員對(duì)攝像頭所獲取的圖像序列進(jìn)行分析，從而確定是否為火源的一種監(jiān)測(cè)技術(shù)。

1.4 人工地面巡護(hù)預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)

人工地面巡護(hù)預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)是指護(hù)林員和林草防火專業(yè)人員采用步行或駕駛簡(jiǎn)單交通工具的方式，在人煙密集的森林草原區(qū)域，通過(guò)分級(jí)包干、網(wǎng)格化管理和定點(diǎn)巡查等方法，進(jìn)行不同時(shí)間、不同密度的巡護(hù)。

2 林火預(yù)警監(jiān)測(cè)手段的優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 衛(wèi)星預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)

衛(wèi)星預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)為可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離森林草原中可能出現(xiàn)的火災(zāi)情況，其時(shí)間分辨率高、覆蓋范圍廣，基本可實(shí)現(xiàn)對(duì)全林區(qū)火情的每日監(jiān)測(cè)，是森林草原防滅火指揮部掌握火情的重要手段之一。其缺點(diǎn)在于衛(wèi)星監(jiān)測(cè)常會(huì)受到高溫、裸地和強(qiáng)反射面等因素的干擾，出現(xiàn)錯(cuò)判和漏判火點(diǎn)的現(xiàn)象。中國(guó)許多林區(qū)存在農(nóng)林交錯(cuò)、生活用火頻繁等情況，會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)精度和準(zhǔn)確度的下降。

2.2 航空預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)

航空預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是視野寬、機(jī)動(dòng)性大、速度快，可搭載一定的人員和滅火設(shè)備，發(fā)現(xiàn)火情后能及時(shí)采取有效的控制措施。但巡護(hù)成本高，存在安全隱患，容易受天氣情況影響，不能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)監(jiān)測(cè)。無(wú)人機(jī)巡護(hù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性較強(qiáng)、分辨率較高，能對(duì)復(fù)雜地形地貌進(jìn)行快速有效的巡視，但由于續(xù)航問(wèn)題，不能大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間使用。

2.3 近地面預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)

瞭望塔監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是投資少、維護(hù)成本低，其位于林區(qū)制高點(diǎn)，視野開(kāi)闊，觀測(cè)范圍較廣，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情；缺點(diǎn)是對(duì)監(jiān)測(cè)人員工作經(jīng)驗(yàn)要求較高，且受瞭望塔數(shù)量和林區(qū)地形地勢(shì)的限制，存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)。遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)既能確定明火方位，又能確定明火點(diǎn)至監(jiān)控點(diǎn)的距離，而且監(jiān)測(cè)范圍廣，能夠確保重點(diǎn)林區(qū)無(wú)死角；缺點(diǎn)是攝像頭維護(hù)更新費(fèi)用較高，尤其在北方林區(qū)，受氣候條件影響，攝像頭需具備耐低溫特性，冬季還需進(jìn)行特殊防護(hù)。

2.4 人工地面巡護(hù)預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)

人工地面巡護(hù)預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)是最原始的監(jiān)測(cè)手段之一，其優(yōu)點(diǎn)是識(shí)別率高、定位準(zhǔn)確，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、火情，第一時(shí)間趕赴火場(chǎng)進(jìn)行撲救。其缺點(diǎn)是巡護(hù)區(qū)域狹小、視野受限，人力、物力消耗巨大，受林區(qū)環(huán)境影響大，人煙稀少地區(qū)不易開(kāi)展巡護(hù)，且存在人為疏漏。

3 林火網(wǎng)格化動(dòng)態(tài)信息監(jiān)管體系的建立

科技的不斷進(jìn)步和圖像處理軟件的日益優(yōu)化，為林火預(yù)警監(jiān)測(cè)提供了新的思路和方法。可在“天空地”預(yù)警監(jiān)測(cè)體系基礎(chǔ)上，與林地“一張圖”結(jié)合，融入森林草原防火網(wǎng)格化信息，建立一套林火網(wǎng)格化動(dòng)態(tài)信息監(jiān)管體系。

1)以村為單位。將村組負(fù)責(zé)人、森林草原防火網(wǎng)格化巡查、定點(diǎn)責(zé)任看護(hù)、高山瞭望、村組應(yīng)急隊(duì)伍(組織領(lǐng)導(dǎo)、人數(shù)、人員信息、機(jī)具物資)、秸稈禁燒監(jiān)管(耕地面積、位置、秸稈存量和現(xiàn)狀、戶主和監(jiān)管責(zé)任人)、墳頭地塊和山頭區(qū)域監(jiān)管、重點(diǎn)對(duì)象監(jiān)管(林區(qū)施工作業(yè)單位、重點(diǎn)人群、牧群等)、林區(qū)內(nèi)防火通道(長(zhǎng)度、位置、起始點(diǎn))、林區(qū)內(nèi)或附近水源地、林區(qū)內(nèi)重要設(shè)施建設(shè)、通訊現(xiàn)狀等信息鑲嵌到圖層內(nèi)。

2)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位。將鄉(xiāng)鎮(zhèn)森林草原防火組織領(lǐng)導(dǎo)框架、鄉(xiāng)鎮(zhèn)包村包片責(zé)任人、半專業(yè)森林草原消防分隊(duì)(駐地位置、組織領(lǐng)導(dǎo)、人數(shù)、人員信息、裝備)、森林草原防火物資儲(chǔ)備、日常巡查隊(duì)伍(巡查范圍、密度、時(shí)限)、重點(diǎn)林區(qū)景區(qū)等信息鑲嵌到圖層內(nèi)。

3)以縣級(jí)為單位。將縣森林草原防火組織領(lǐng)導(dǎo)框架、成員單位組成、專業(yè)森林草原消防隊(duì)和其他林場(chǎng)防火應(yīng)急隊(duì)伍(駐地位置、組織領(lǐng)導(dǎo)、人數(shù)、人員信息、裝備)、森林草原防火物資儲(chǔ)備等信息鑲嵌到圖層內(nèi)。

最后，與現(xiàn)有的“天空地”監(jiān)測(cè)圖傳系統(tǒng)疊加，形成一套完整的林火網(wǎng)格化動(dòng)態(tài)信息監(jiān)管體系，實(shí)現(xiàn)火情的早發(fā)現(xiàn)、早處置。

森林草原火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)體系是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅涉及到多學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用，而且需要多部門(mén)間、同部門(mén)各級(jí)間的協(xié)調(diào)配合。筆者對(duì)中國(guó)森林草原防火中常見(jiàn)預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并提出了林火網(wǎng)絡(luò)化動(dòng)態(tài)信息監(jiān)管體系的建立措施，對(duì)構(gòu)建森林草原林火預(yù)警監(jiān)測(cè)體系，維護(hù)生態(tài)安全具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。