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(guó)每年森林火災(zāi)中,約 70% 因 “發(fā)現(xiàn)不及時(shí)” 導(dǎo)致火勢(shì)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(cè)、智能化分析、精準(zhǔn)化發(fā)布”,能提前識(shí)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(zhēng)取時(shí)間。依據(jù)《森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測(cè)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(cè)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。
森林火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)由 “監(jiān)測(cè)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(shí)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。
監(jiān)測(cè)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(cè),覆蓋 “大范圍區(qū)域、重點(diǎn)地段、隱蔽角落”,確保無監(jiān)測(cè)盲區(qū)。
空天監(jiān)測(cè):覆蓋大范圍森林區(qū)域
衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè):選用 “高分衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星”(如高分 6 號(hào)、風(fēng)云 4 號(hào)),通過 “紅外波段、熱紅外波段” 識(shí)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(cè)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(cè)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(shí)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。
地面監(jiān)測(cè):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(cè)、煙火識(shí)別” 功能,當(dāng)檢測(cè)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(cè):在林區(qū)入口、景區(qū)設(shè)置 “火源探測(cè)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。
傳輸子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將監(jiān)測(cè)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(hào)薄弱” 的特點(diǎn),采用 “多鏈路備份”,避免數(shù)據(jù)丟失。
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(hào)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(hào)受地形、氣候影響(如暴雨、大霧會(huì)削弱無線信號(hào));
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。
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(hào)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(hào)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(cè)隱私(如景區(qū)游客圖像)。
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(cè)數(shù)據(jù),識(shí)別火災(zāi)隱患,評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),避免 “誤報(bào)、漏報(bào)”。
核心功能
火災(zāi)識(shí)別:采用 “AI 圖像識(shí)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(shí)別 “火焰、煙霧” 特征(火焰識(shí)別準(zhǔn)確率≥95%,煙霧識(shí)別準(zhǔn)確率≥90%),排除 “云霧、晚霞” 等干擾因素;
風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(píng)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(jí),風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)每 2 小時(shí)更新 1 次;
火源追溯:對(duì)識(shí)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)。
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(shí)別準(zhǔn)確率(如針對(duì)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(píng)估模型參數(shù),確保評(píng)估結(jié)果貼合實(shí)際。
發(fā)布子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將預(yù)警信息傳遞給 “各級(jí)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。
預(yù)警信息內(nèi)容
基礎(chǔ)信息:預(yù)警區(qū)域(如 “XX 林場(chǎng) 3 號(hào)區(qū)域”)、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(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(duì)不同對(duì)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)”)。
發(fā)布渠道與方式
接收對(duì)象 | 發(fā)布渠道 | 發(fā)布方式 |
各級(jí)林業(yè)部門 | 政務(wù)內(nèi)網(wǎng)、應(yīng)急指揮平臺(tái) | 彈窗預(yù)警(5 分鐘內(nèi)未查看自動(dòng)電話提醒)、加密短信(含預(yù)警附件) |
撲火隊(duì)伍 | 專用 APP(如 “森林防滅火指揮 APP”)、北斗終端 | 語音播報(bào)(APP 自動(dòng)語音提醒)、定位推送(標(biāo)注預(yù)警區(qū)域位置) |
林區(qū)周邊居民 | 村廣播、微信群、短信 | 村廣播每 30 分鐘播報(bào) 1 次、短信精準(zhǔn)推送(基于居民手機(jī)號(hào)歸屬地) |
社會(huì)公眾 | 官方公眾號(hào)、氣象預(yù)警平臺(tái) | 圖文預(yù)警(含避險(xiǎn)路線圖)、推送頻次(高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)段每 1 小時(shí)更新 1 次) |
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(rùn))”,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)。
原始森林與偏遠(yuǎn)山區(qū)(如長(zhǎng)白山原始森林)
監(jiān)測(cè)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(jí)大風(fēng));
分析重點(diǎn):側(cè)重 “雷擊火識(shí)別、高溫干旱監(jiān)測(cè)”(原始森林人為活動(dòng)少,雷擊火占比超 60%)。
人工林與經(jīng)濟(jì)林區(qū)(如杉木人工林、果樹林)
監(jiān)測(cè)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(cè) “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(shí)別(如燒荒、祭祀用火)、植被干燥度監(jiān)測(cè)”(人工林植被單一,燃燒速度快)。
林區(qū)景區(qū)與居民周邊(如森林公園、林區(qū)村莊)
監(jiān)測(cè)配置:加密 “視頻監(jiān)控(每 1km21 個(gè))、火源探測(cè)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(cè)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(shí)別游客違規(guī)用火);
分析重點(diǎn):側(cè)重 “實(shí)時(shí)煙火識(shí)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)。
監(jiān)測(cè)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(cè)數(shù)據(jù));
無人機(jī):紅外熱像儀測(cè)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(cè)量范圍 - 40℃-80℃,精度 ±0.5℃;濕度測(cè)量范圍 0%-100%,精度 ±3%;太陽能板功率≥10W(確保陰天也能供電)。
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(cè)數(shù)據(jù)),AI 算法識(shí)別響應(yīng)時(shí)間≤1 秒。
預(yù)警系統(tǒng)需與 “日常巡護(hù)、應(yīng)急撲救、災(zāi)后評(píng)估” 結(jié)合,避免 “重監(jiān)測(cè)、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。
火源管控
人為火源預(yù)警:當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)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(cè)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)。
植被與環(huán)境管理
植被干燥度監(jiān)測(cè):系統(tǒng)分析植被含水量(通過衛(wèi)星遙感反演),對(duì) “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(cè)中斷。
初發(fā)火災(zāi)定位與撲救
精準(zhǔn)定位:系統(tǒng)識(shí)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(chǎng)支援。
火勢(shì)蔓延預(yù)測(cè)與疏散
蔓延預(yù)測(cè):系統(tǒng)結(jié)合 “風(fēng)速、風(fēng)向、植被類型”,預(yù)測(cè)火勢(shì)蔓延方向(如風(fēng)速 5m/s、南風(fēng),火勢(shì)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。
火災(zāi)損失評(píng)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(duì)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(cè)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)。
系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)
預(yù)警效果評(píng)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(shí)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(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
為確保預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)落地、長(zhǎng)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。
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(jí)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(jí)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);
社會(huì)參與:鼓勵(lì) “景區(qū)、林場(chǎng)企業(yè)” 投入資金,在其管理區(qū)域增設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)備(如景區(qū)承擔(dān)入口火源探測(cè)儀的費(fèi)用),享受 “稅收優(yōu)惠、防控補(bǔ)貼” 等政策;
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)。
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;
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(shí)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);
公眾宣傳教育:通過 “林區(qū)宣傳欄、公眾號(hào)、村廣播”,向公眾宣傳 “預(yù)警系統(tǒng)的作用、預(yù)警信息的識(shí)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。
技術(shù)合作:與 “高校、科研院所(如北京林業(yè)大學(xué)、中國(guó)林科院)” 合作,研發(fā) “更適應(yīng)林區(qū)環(huán)境的監(jiān)測(cè)設(shè)備(如抗寒傳感器、長(zhǎng)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(shí)別算法)”;
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(chǎng)維修,確保預(yù)警不中斷;
標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一:制定 “區(qū)域統(tǒng)一
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