以大数据为主的智慧林业防火工作建设策略

    徐毅仁 张嘉龙 王一淋 王梦迪

    摘要 ? ?通过对目前我国森林防火存在的问题以及防火措施进行分析，本文结合大数据、“互联网+智慧林业”、物联网、数据库等新兴技术，提出了新时代下智慧林业防火建设策略和系统实施方案，论述了以大数据分析处理为决策基础，使森林具有智慧化防火功能，以期为森林防火提供一个新的解决方案。

    关键词 ? ?大数据;智慧林业;防火;建设策略

    中图分类号 ? ?S762.3 ? ? ? ?文献标识码 ? ?A

    文章编号 ? 1007-5739（2020）20-0143-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?开放科学（资源服务）标识码（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

    森林火災具有严重的危害性，一旦火灾发生，会给生态环境带来严重的破坏，造成难以估量的经济损失，更严重者会造成一定的人员伤亡[1-2]。2019年和2020年在四川省凉山州发生的2次森林火灾共造成了50名消防人员和工作人员牺牲。为了避免这样的悲剧再度发生，森林防火问题亟待解决。长期以来，探索和寻找较为有效的控制森林火灾发生的研究从未停止，但是仍未从根本上解决这一难题。通过对以往森林火灾的详细研究，不难发现，要想从源头彻底消灭火源，就需要做好森林火源预测和监测工作，杜绝森林火灾的形成。

    1 ? ?森林防火存在的问题

    森林火灾是严重危害生态安全的突发性自然灾害，不仅影响林业安全，还会对周边居民造成巨大的影响[3-4]。根据有关林业部门的调查显示，我国植被覆盖率比较低。究其原因，大多是由森林火灾导致。因此，需要注重林护防火效果，并且提出针对性的解决措施。

    1.1 ? ?地势复杂，防护难度大

    森林一般处于地势崎岖地区，地形比较复杂。由于森林面积比较广阔、林路崎岖以及我国退耕还林工作的开展，对森林防火提出了更高要求，因而森林防火需要全面考虑人为、环境以及气候等因素。

    1.2 ? ?相关人员缺乏防火意识

    部分地区防火监管人员发现，在森林周围居住的居民缺乏森林防火意识[5-6]，这是导致森林火灾发生的重要原因。森林火灾严重威胁当地居民的生命安全，给国家造成了巨大损失。

    1.3 ? ?缺乏完善的防火体系

    由于我国林业多数处于偏远地区，交通不便，因而使用的防火设备数量少、性能差[7-8]。林场管理制度不完善，工作人员的防火意识不强，尚未形成完善的体系，防火工作效率相对较低。

    2 ? ?对策

    为了应对频繁发生的森林火灾，应以预防为主，只有做好火灾预防工作，才能将森林火灾造成的人员伤亡和经济损失降到最低。做好森林火灾预防，就是要在第一时间发现森林中的火源或易燃物体，并且进行处理。因此，必须提出一些科学智能的防范措施，建设新时代智慧防火林业系统。一是采用先进的监测技术，特别是目前发展迅速的大数据、人工智能技术、卫星、航空、网络技术等。通过这些先进技术，可以更加准确地监测到火源，第一时间进行处理[9]。二是增加防火设备的投入，特别是网络通信的建设，以便于大数据等先进技术的使用，有利于更好地去判别火源的形势[10]。三是建立更加完善的森林及林场防火管理制度，提高每个人的防火意识。只有人人都重视起来，才可以更好地开展森林火灾预防以及监测方面的工作，提升效率。

    3 ? ?智慧林业防火工作建设策略及工作重点

    智慧林业有集成度高、信息整合处理速度快、工作调整灵活等特点[11]。结合大数据、“互联网+智慧林业”、物联网、数据库等新兴技术提出森林防火建设策略。主要以大数据分析处理为决策基础，解决森林防火问题。大数据具有“ 4V”特点，即Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多样）、Value（价值），并且在许多不同的应用领域都发挥了重要的作用。通过对历史数据的整合与实时数据的监测，实现智慧林业防火系统的功能。智慧森林防火工作数据系统主要由数据采集终端、数据库、数据处理平台、数据应用终端等4个方面组成。

    3.1 ? ?数据采集终端

    森林具体情况复杂，传统林业的单一防火体系，主要依靠巡林人员和瞭望台对林场信息进行分析处理，信息角度单一，信息量不足，只能够依赖森林工作人员的经验，并不能做量化处理。在数据收集环节，本方案综合利用各种数据处理终端，实现了数据收集的立体化、及时化和灵活化，确保及时有效地进行数据收集。

    巡林人员配备专业信息收集发送设备，随时收集林中易燃物情况，将位置信息实时传输到总台的信息处理终端。瞭望台搭配智能化视觉处理检测器，减轻人力负担，通过视频监测获取数据，直接接入数据库，增强了数据处理的精确性。无人机巡检技术巡检效率极高，可以对林场的宏观情况进行巡查。为了提高巡检广度，方案还配备了空间巡检技术。空间上的“3S”技术可以更加精确地采集林场的地质地貌、水源地等信息，但是由于卫星运动的特点，检测不具备实时性，适合与其他防火检测方案配合使用。信息接收终端接入电子地图，定期更新林场地形、周边交通、居民、消防局位置等信息。在林场中配备各类传感器，如光纤传感器、烟雾传感器、高热传感器等，对突发性火情及时发出报警信号。各种数据采集技术相辅相成、互为补充。这样的森林火灾预防信息系统，实现了从传统工作终端到宇宙空间的全方面覆盖，达到了“天地一体”防火监测。系统接通消防部门数据库，及时将数据传达给专家，实现数据共享，可以最大限度地确保检测的实时性与稳定性。

    3.2 ? ?数据库

    方案主要设置了人工巡林管理数据库、地理空间数据库和消防管控数据库等3个数据库。处理繁杂的数据需要应用更多元化的数据库系统。将特定数据库与相应的数据接口连接，确保数据得到高效的利用。多维度的数据中心为智慧林业防火方案创造了技术基础。

    人工巡林管理数据库中的信息主要来自巡林人员的手持设备。巡林人员通过手持设备将巡林过程中收集到的可燃物信息、植被类型信息、巡林工作记录、人员位置信息等上传至人工巡林管理数据库。

    地理空间信息数据库中的主要信息包括风力、降水、云层分布等气象信息;植被分布、地形、水系、防火林带等位置信息。该数据库与“3S”技术、气象数据来源等数据采集终端结合。消防管理数据库中的信息主要包括林场内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、林场内消防设施位置等消防局及消防设备信息，居民进出林场登记情况、林场居民居所分布情况等。

    3.3 ? ?数据分析处理

    原始数据本身的价值有限，若想加以利用，必须经过合理的数据处理过程，以从大数据系统中直接或间接的获取防火解决方案。本方案可以通过调用相关数据库中信息，使用优化的算法进行数据处理，建立火险指标模型，以及进行消防线路规划、巡林工作规划、林火预警监测等消防管控工作。

    3.3.1 ? ?建立火险指标模型。对植被类型、郁闭度、龄级、历年火灾被害率、气温、相对湿度、降水量、人口密度、水系分布、地形地势等信息进行整合分析，通过特定算法，建立火险指标模型。对不同等级火险指标采取不同的预防管控措施。通过分析、整合数据得到一年之中不同时期的火情预警情况，在火险高发时期，加大防火力度，减少火灾隐患。同时，对火险告发位置进行消险处理。

    3.3.2 ? ?消防路线规划。结合消防管控数据库以及消防部门相应数据库，在火情发生初期，对火情等级进行评估，为消防车进入火场提供指导路线。在扑救作业过程中，消防人员也可以随时接收水源地、消防设备位置等信息。可以结合分析结果，林场方主动开辟合适的消防通道，以配合防火灭火工作。

    3.3.3 ? ?巡林工作规划。巡林人员作为双向信息处理方，需要接受信息和总台下达的工作指令。通过拟合居民地、林场地形地貌、可燃物情况以及巡林人员位置等不同数据，为每个巡林人员定制特定的工作方案，改善传统巡林工作的低效性、盲目性。对防火系统的最低段进行改变，一方面是出于传统巡林工作繁杂、低效问题的考量，另一方面是因为林场相较野生山林通信等技术条件更便利、改良工作更加方便。

    3.4 ? ?数据应用终端

    智慧林业数据库将林业管控部门作为数据中心，向巡林工作人员、林业专家、消防局等人员和部门发送数据。拒绝数据闭塞，倡导数据共享。数据共享化能够使大数据的力量成倍增加，将林场采集的原始数据或已经进行处理的数据及时分享给评定部门。终端接收已经处理的信息或者未处理的原始信息，结合专家、消防部门等的意见对森林防火工作做出相应的调整与决策。

    4 ? ?结语

    目前，我国森林防火形势仍十分严峻，智慧林业防火建设势在必行。智慧森林的建设充分利用大数据、“3S”技术、无人机巡检技术等先进技术，全面提高森林信息化应用水平，实现对森林火灾的科学防控，将森林火灾发生的概率降到最低[12]。本文針对当前森林火灾防火管控存在的问题，提出了一种结合大数据、“互联网+智慧林业”、物联网、数据库等新兴技术的森林防火建设策略，充分利用智慧林业集成度高、信息整合处理速度快、工作调整灵活等特点，将大数据技术运用到森林火灾防控、监测和管理中，并且以建设智慧森林防火工作数据系统为基础，建立了系统的防火体系，以杜绝森林火灾的发生。此项森林火灾防控策略符合《中国智慧林业发展指导意见》《“互联网+”林业行动计划—全国林业信息化“十三五”发展规划》的具体要求，有效提升了林业治理的现代化水平，使森林火灾防控管理智能化。在今后的森林火灾防控管理中，以大数据技术为主的智慧林业防火工作建设将会更加普遍，相信今后的森林火灾定会得到有效防控，人类的生态资源将得到充分保护。

    5 ? ?参考文献

    [1] 雷莉，吕惟虎.森林防火现状及火灾控制策略分析[J].大科技，2016（7）：219.

    [2] 沈志平.我国森林防火现状及火灾控制策略[J].科技展望，2016（20）：292.

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    [4] 汪东，周爱民，从静华，等.基于大数据的森林防火管理系统设计[J].中南林业科技大学学报，2017，37（11）：30-37.

    [5] 穆晓杰，李永东.新时期推进塞罕坝林业可持续发展的实践与思考[J].河北林业科技，2019（2）：47-49.

    [6] 李志宏.智慧林场建设的探讨：以广东省龙眼洞林场为例[J].林业科技情报，2018，50（4）：57-59.

    [7] 黄承韬.省级森林火灾视频监控与指挥平台的建设[J].信息技术，2009（4）：89-92.

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    [9] 狄丽颖，孙仁义.中国森林火灾研究综述[J].灾害学，2007，22（4）：118-123.

    [10] 徐晓峰，张皓琳，孙志超.天地一体化森林防火监测体系建设[J].林业资源管理，2019（5）：121-129.

    [11] 韩永涛，叶彪，李大鹏，等.大数据技术在林火预测预报中的应用初探[J].森林防火，2018（44）：34-36.

    [12] 曾建良.国有林场森林防火现状及应对措施[J].林业科技，2016，14（33）：111.